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EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE
PRUEBAS DE LA BOMBA DE INYECCIÓN
ROTATIVA CON MANDOS ELECTRÓNICOS EN
MOTORES DIESEL (CHEVROLET D-MAX 3.0)
PROYECTO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN
DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
REALIZADO POR:
PORTADA
FERNANDO MARCELO ALULEMA CRIOLLO
Latacunga, Diciembre de 2013
ii
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
Yo, Fernando Marcelo Alulema Criollo
DECLARO QUE:
El proyecto de grado denominado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
BANCO DE PRUEBAS DE LA BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA
CON MANDOS ELECTRÓNICOS EN MOTORES DIESEL (CHEVROLET
D-MAX 3.0)“ lo he desarrollado en base a una investigación exhaustiva,
respetando todo derecho intelectual de terceros, cuyas fuentes se
incorporan en la bibliografía de este texto, consecuentemente este trabajo
es de mi autoría.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad
y del alcance científico del proyecto de grado en mención.
Latacunga, diciembre de 2013
Fernando Marcelo Alulema Criollo
CC. 1804018271
iii
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
CERTIFICACIÓN
Ing. Luis Mena (DIRECTOR DE PROYECTO)
Ing. Guillermo Cruz (CODIRECTOR)
CERTIFICAN
Que el trabajo titulado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE
PRUEBAS DE LA BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA CON MANDOS
ELECTRÓNICOS EN MOTORES DIESEL (CHEVROLET D-MAX 3.0)”
realizado por FERNANDO MARCELO ALULEMA CRIOLLO, ha sido
guiado y revisado periódicamente y cumple normas estatuarias
establecidas por la ESPE, en el Reglamento de Estudiantes de la
Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE.
Debido a que constituye un trabajo de excelente contenido científico que
contribuirá a la aplicación de conocimientos y al desarrollo profesional, SI
recomiendan su publicación.
El mencionado trabajo consta de UN documento empastado y UN disco
compacto el cual contiene los archivos en formato portátil de Acrobat
(pdf). Autoriza al señor: FERNANDO MARCELO ALULEMA CRIOLLO,
que lo entreguen al ING. JUAN CASTRO CLAVIJO, en su calidad de
Director de la Carrera de Ingeniería Automotriz.
Ing. Luis Mena DIRECTOR DE PROYECTO
Ing. Guillermo Cruz CODIRECTOR
iv
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS - ESPE
EXTENSIÓN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
AUTORIZACIÓN
Yo, Fernando Marcelo Alulema Criollo
Autorizo a la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, la publicación
en la biblioteca virtual de la institución del trabajo DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS DE LA BOMBA DE
INYECCIÓN ROTATIVA CON MANDOS ELECTRÓNICOS EN
MOTORES DIESEL (CHEVROLET D-MAX 3.0), cuyo contenido, ideas y
criterio son de mi exclusiva responsabilidad y autoría.
Latacunga, diciembre de 2013
Fernando Marcelo Alulema Criollo
CC. 1804018271
v
DEDICATORIA
Mi tesis la dedico con todo mi amor y cariño a toda mi familia a mi esposa
e hijo que fueron el motor que me dio la fuerza para seguir con mi
propósito, a mis hermanos por las palabras de alientos de cada día y a
mis padres que con su esfuerzo y confianza me apoyaron
incondicionalmente a culminar mis estudios y por ende la realización de
este proyecto de grado,
vi
AGRADECIMIENTO
Agradezco a todas las personas que me ayudaron en la realización de
este proyecto de tesis en especial a los ingenieros que me respaldaron
con sus conocimientos académicos y tecnológicos y de igual manera a
mis primos y a mi padre por la colaboración en el diseño y construcción
del mismo.
vii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PORTADA .................................................................................................. i
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD ................................................ ii
CERTIFICACIÓN ...................................................................................... iii
AUTORIZACIÓN....................................................................................... iv
DEDICATORIA .......................................................................................... v
AGRADECIMIENTO ................................................................................. vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS ...................................................................... vii
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................ x
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................... xvi
ÍNDICE DE CUADROS .......................................................................... xvii
ÍNDICE DE FORMULAS ........................................................................ xvii
RESUMEN............................................................................................. xviii
ABSTRACT ............................................................................................ xix
CAPÍTULO I ...............................................................................................1
1. PARÁMETROS EN EL FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ...................1
1.1. EL PROCESO DE COMBUSTIÓN. .....................................................1
1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA INYECCIÓN. .........................................2
1.2.1. CARACTERÍSTICAS DE LA INYECCIÓN EN LA
COMBUSTIÓN. ............................................................................4
1.2.2.- SISTEMAS DE LOS INYECTORES DIESEL. ..............................9
1. 3. CONDICIONES DE LA INYECCIÓN EN LOS MOTORES
DIESEL. ..........................................................................................16
CAPÍTULO II ............................................................................................18
2. BOMBAS DE INYECCIÓN. ..................................................................18
2.1. BOMBAS DE INYECCIÓN ROTATIVAS........................................21
2.1.2.- BOMBA DE INYECCIÓN DPC ..............................................28
2.1.3. BOMBA DE INYECCIÓN ROOSA MÁSTER. ..........................29
2.1.4. BOMBA DE INYECCIÓN BOSCH EP VE Y EP VA. ...............30
2.1.5.- BOMBA DE INYECCIÓN DP 200 LUCAS. ............................32
viii
2.1.6.- BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA VP 44. ........................34
A.- SISTEMA DE BAJA PRESIÓN. ...............................................36
B. SISTEMA DE ALTA PRESIÓN .................................................40
C.- GESTIÓN ELECTRÓNICA DE LA BOMBA .............................49
2.2. CONTROL ELECTRÓNICO DE LA INYECCIÓN DIESEL. ............50
2.2.1. INTERCAMBIO DE DATOS CON OTROS SISTEMAS. ..........55
2.2.2. REGULACIÓN DE INYECCIÓN. ............................................59
2.3. CARACTERÍSTICAS DEL DIESEL ................................................67
2.4. SISTEMAS DE FILTRADO. ...........................................................76
2.4.1. FILTRACIÓN PARALELA. ......................................................76
2.4.2. FILTRACIÓN RADIAL. ............................................................78
2.5. FILTROS DE COMBUSTIBLE. ......................................................78
2.6. FILTROS SEPARADORES DE AGUA (RACOR). .........................85
2.6.1. COMO SELECCIONAR UN FILTRO RACOR. ........................88
2.7. ADITIVOS PARA COMBUSTIBLE .................................................90
CAPÍTULO III ...........................................................................................91
3. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS ..................................................91
3.1. DISEÑO MECÁNICO DEL BANCO DE PRUEBAS. ......................91
3.1.2. DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS. .................................93
3.1.3. DISEÑO DEL ACOPLE MOTOR – BOMBA. ........................95
3.1.4. DISEÑO DEL DISCO FLEXIBLE DEL ACOPLE. ................ 100
3.1.5. DISEÑO DE LA CÁMARA DE INYECCIÓN ....................... 105
3.1.6. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA SOPORTE DEL
BANCO. ............................................................................. 110
3.2. DISEÑO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO ...................................... 116
3.3. DISEÑO DEL CIRCUITO ELÉCTRICO ....................................... 119
CAPÍTULO IV ........................................................................................ 123
4. CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS ................................ 123
4.1. CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA ROTATIVA .......................... 129
4.2. CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA ROTATIVA VP44 .............. 129
4.3. CARACTERÍSTICAS DE LA FUENTE DE PODER. .................... 130
ix
4.4.- MÓDULO DE ACTIVACIÓN DE LA BOMBA ............................. 134
4.5. ACOPLAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ................................... 136
4.6.- FUNCIONAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS ...................... 144
4.7. PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO. ................................... 146
4.8.- MANUAL DE MANTENIMIENTO ................................................ 147
CAPÍTULO V ......................................................................................... 150
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................... 150
5.1. CONCLUSIONES ........................................................................ 150
5.2. RECOMENDACIONES ................................................................ 150
5.3. BIBLIOGRAFÍA............................................................................ 151
5.4. ANEXOS .................................................................................... 152
5.4.1. HOJAS DE SEGURIDAD ...................................................... 152
5.4.2. PLANOS ............................................................................... 159
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura N° 1.1 Bombas de inyección e inyectores diesel .......................4
Figura N° 1.2 Zonas del spray formado de combustible en la
cámara de combustión. ..................................................5
Figura N° 1.3 Diagrama de la tasa de inyección y de la tasa
de liberación de calor para un motor Diesel de
inyección directa donde se identifica las fases
del proceso de combustión. ............................................6
Figura N° 1.4 Descripción esquemática de la secuencia de
sucesos ocurridos durante el proceso de
inyección - combustión diesel (OH* - CH*
quimioluminiscencia del radical) .....................................9
Figura N° 1.5 Inyector de orificios .......................................................11
Figura N° 1.6 Inyector de tetón ...........................................................12
Figura N° 1.7 Inyector mecánico ........................................................13
Figura N° 1.8 Inyector de solenoide....................................................14
Figura N° 1.9 Inyector piezoeléctrico ..................................................14
Figura N° 1.10 Inyector HEUI ...............................................................15
Figura N° 1.11 Comprobador de inyectores..........................................16
Figura N° 2.12 Bomba lineal PE ...........................................................19
Figura N° 2.13 Tipos de bomba en línea ..............................................20
Figura N° 2.14 Bomba Rotativa ............................................................22
Figura N° 2.15 Elementos de la bomba rotativa ...................................23
Figura N° 2.16 Bomba DPA ..................................................................24
Figura N° 2.17 Despiece de bomba DPA .............................................25
Figura N° 2.18 Bomba de inyección DPC .............................................28
Figura N° 2.19 Tipos de bomba de inyección Roosa Máster ................30
Figura N° 2.20 Bomba de inyección Bosch EP VE ...............................31
Figura N° 2.21 Bomba de inyección Bosch EP VA. ..............................32
Figura N° 2.22 Bomba de inyección DP200..........................................33
Figura N° 2.23 Flexibilidad de caudal ...................................................33
xi
Figura N° 2.24 Bomba rotativa VP44 ....................................................34
Figura N° 2.25 Sensores y actuadores de la bomba VP 44 ..................36
Figura N° 2.26 Bomba de émbolos sistema de baja presión ................37
Figura N° 2.27 Despiece de baja presión de una bomba de
inyección ......................................................................38
Figura N° 2.28 Elementos del sistema de combustible de alta
presión .........................................................................43
Figura N° 2.29 Conjunto de cabeza y embolo distribuidor ....................44
Figura N° 2.30 Válvula de reaspiración ................................................47
Figura N° 2.31 Desplazamiento de cono de válvula .............................48
Figura N° 2.32 Sección de inyector diesel ............................................49
Figura N° 2.33 Puerto de conexión del módulo de control ....................54
Figura N° 2.34 Sistemas de control ......................................................56
Figura N° 2.35 Componentes para el intercambio de datos..................58
Figura N° 2.36 Sensor TPS de Chevrolet D MAX .................................60
Figura N° 2.37 Ejemplo del amortiguador activo de
sacudidas .....................................................................61
Figura N° 2.38 Ejemplo de la regulación de suavidad de
marcha .........................................................................62
Figura N° 3.39 Especificaciones del combustible diesel .......................68
Figura N° 2.40 Calidad del diesel en america latina, c.-
Corriente, e.- Extra .......................................................71
Figura N° 2.41 Filtro CAV .....................................................................77
Figura N° 2.42 Filtración Paralela y Filtración Radial de
combustible ..................................................................77
Figura N° 2.43 Esquema de un sistema de combustible ......................79
Figura N° 2.44 Filtro de papel plegado .................................................80
Figura N° 2.45 Filtro de algodón y fieltro ..............................................80
Figura N° 2.46 Filtro de metal sinterizado .............................................81
Figura N° 2.47 Filtro contaminado por agua .........................................82
Figura N° 2.48 Filtro contaminado con bacterias ..................................84
xii
Figura N° 2.49 Filtro contaminado con sedimentos y otros
sólidos ..........................................................................85
Figura N° 2.50 Filtro separador de agua ...............................................86
Figura N° 2.51 Instalación de filtros primario y secundario ...................87
Figura N° 2.52 Filtro Racor ...................................................................88
Figura N° 2.53 Tipos de series de Racor (marca de referencia
DAHL) ..........................................................................89
Figura N° 2.54 Aditivos para el combustible diesel ...............................90
Figura N° 3.55 Componentes del Banco de Pruebas ...........................91
Figura N° 3.56 Modelo del Acople Motor - Bomba ................................96
Figura N° 3.57 Asignación de cargas y sujeciones al acople
motor - bomba .............................................................97
Figura N° 3.58 Mallado del acople motor - bomba ................................98
Figura N° 3.59 Tensión de Von Mises en el acople motor –
bomba ..........................................................................99
Figura N° 3.60 Distribución del factor de seguridad en el
acople motor-bomba ................................................... 100
Figura N° 3.61 Modelo del disco flexible ............................................. 101
Figura N° 3.62 Asignación de cargas y sujeciones al disco
flexible ........................................................................ 102
Figura N° 3.63 Mallado del disco flexible ............................................ 103
Figura N° 3.64 Tensión de Von Mises en el disco flexible .................. 104
Figura N° 3.65 Desplazamientos resultantes en el disco
flexible ........................................................................ 104
Figura N° 3.66 Distribución del factor de seguridad en el
disco flexible ............................................................... 105
Figura N° 3.67 Modelo ensamblado de la Cámara de
Inyección .................................................................... 106
Figura N° 3.68 Asignación de cargas y sujeciones a la
Cámara de Inyección .................................................. 107
Figura N° 3.69 Mallado de la Cámara de Inyección ............................ 108
xiii
Figura N° 3.70 Tensión de Von Mises en la Cámara de
Inyección .................................................................... 108
Figura N° 3.71 Desplazamientos resultantes en la Cámara
de Inyección ............................................................... 109
Figura N° 3.72 Distribución del factor de seguridad en la
Cámara de Inyección .................................................. 110
Figura N° 3.73 Modelo de la estructura soporte del banco
de pruebas ................................................................. 111
Figura N° 3.74 Asignación de cargas y sujeciones a la
estructura soporte del banco de pruebas .................... 112
Figura N° 3.75 Mallado de la estructura soporte del banco
de pruebas ................................................................. 113
Figura N° 3.76 Tensión de Von Mises en la estructura
soporte del banco de pruebas .................................... 114
Figura N° 3.77 Desplazamientos resultantes en la
estructura soporte del banco de pruebas .................... 115
Figura N° 3.78 Distribución del factor de seguridad en la
estructura soporte del banco de pruebas .................... 116
Figura N° 3.79 Elementos del circuito hidráulicos de alta
presión ....................................................................... 117
Figura N° 3.80 Cañería de nylon del circuito de baja
presión ....................................................................... 118
Figura N° 3.81 Diagrama de Circuito del EMC ................................... 119
Figura N° 3.82 Diagrama de Conexiones del ECM ............................. 120
Figura N° 3.83 Diagrama de Conexiones del ECM ............................. 121
Figura N° 3.84 Diagrama de Control de Bomba de
Inyección .................................................................... 121
Figura N° 3.85 Diagrama General ...................................................... 122
Figura N° 4.86 Proceso de soldadura al arco eléctrico
SMAW (electrodo revestido) utilizado en la
construcción de la estructura del banco. ..................... 123
xiv
Figura N° 4.87 Estructura del banco de pruebas ................................ 124
Figura N° 4.88 Estructura para la inyección y medición de
combustible. ............................................................... 124
Figura N° 4.89 Platina porta inyectores (A), probetas de
medición (B) ............................................................... 125
Figura N° 4.90 Depósito de combustible. ........................................... 125
Figura N° 4.91 Estructura del panel eléctrico...................................... 126
Figura N° 4.92 Variador de frecuencia ............................................... 126
Figura N° 4.93 Instalación y acoplamiento de motor
eléctrico y bomba de combustible VP44 ..................... 127
Figura N° 4.94 Instalación de la base del filtro primario ...................... 127
Figura N° 4.95 Instalación de la base del filtro secundario ................. 128
Figura N° 4.96 Bomba de Inyección Electrónica VP44 ....................... 130
Figura N° 4.97 Batería 12 V ............................................................... 131
Figura N° 4.98 Características de Auto Descarga .............................. 133
Figura N° 4.99 ECM D-MAX 3.0 ........................................................ 134
Figura N° 4.100 Mesa de trabajo .......................................................... 136
Figura N° 4.101 Vista frontal y posterior de la porta
inyectores ................................................................... 137
Figura N° 4.102 Instalación de inyectores y porta probetas .................. 137
Figura N° 4.103 Instalación de probetas ............................................... 138
Figura N° 4.104 Filtro primario (A) filtro secundario (B) ........................ 138
Figura N° 4.105 Brida de conexión (A) Anti vibrador (B) ....................... 139
Figura N° 4.106 Instalación y acoplamiento de la bomba
VP44 .......................................................................... 139
Figura N° 4.107 Conexión entre el depósito y los filtros de
combustible ................................................................ 140
Figura N° 4.108 Conexión entre los filtros y la bomba VP 44 ............... 141
Figura N° 4.109 Instalación de cañerías de acero entre la
bomba VP44 y los inyectores ..................................... 141
xv
Figura N° 4.110 Panel frontal eléctrico: variador de
frecuencia, interruptores de encendido,
break monofásico ....................................................... 142
Figura N° 4.111 Instalaciones eléctricas ............................................... 143
Figura N° 4.112 Acoplamiento de la ECU ............................................ 143
Figura N° 4.113 Socker de conexión de la bomba VP44 ..................... 144
Figura N° 4.114 Banco de pruebas armado completo .......................... 145
Figura N° 4.115 Purga del filtro de combustible .................................... 148
xvi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° 2.1 Clasificación de las bombas de inyección
en línea ...........................................................................21
Tabla N° 2.2 Valores de puntos de inflamacion de
combustible ....................................................................69
Tabla N° 2.3 Tabla comparativa de densidad y viscosidad ..................70
Tabla N° 2.4 Comparación de número de cetano ................................72
Tabla N° 2.5 Propiedades del diesel ...................................................74
Tabla N° 2.6 Valores del poder calorífico de combustibles ..................75
Tabla N° 2.7 Selección de filtro Racor .................................................89
Tabla N° 3.8 Propiedades del acero estructural AISI 1010 ..................96
Tabla N° 3.9 Propiedades del acrílico medio impacto ........................ 101
Tabla N° 3.10 Propiedades del acero ASTM A36 ................................ 106
Tabla N° 3.11 Propiedades del acero ASTM A36 ................................ 111
Tabla N° 4.12 Tabla de funcionamiento............................................... 147
xvii
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro N° 2.1 Esquema funcional de la Bomba C.A.V
serie D.P.A .....................................................................27
Cuadro N° 2.2 Fases de la generación y distribución de
combustible a alta presión ..............................................45
Cuadro N° 2.3 Regulación del comienzo de inyección ...........................65
Cuadro N° 2.4 Regeneración de las señales del sensor de
movimiento de aguja .......................................................67
ÍNDICE DE FORMULAS
Fórmula N° 1 Torque transmitido por el motor ( ): .............................93
Fórmula N° 2 Peso del combustible (diesel): ........................................94
xviii
RESUMEN
El siguiente documento se presenta como un trabajo previo a la obtención
del pre grado en Ingeniería Automotriz y que tuvo como objetivo diseñar y
construir un banco didáctico para el funcionamiento de la BOMBA
ELECTRÓNICA VP 44 para el uso formativo de futuros profesionales en
el área de Ingeniera Automotriz.
En el proyecto se representa el funcionamiento del sistema de
combustible de un vehículo CHEVROLET D-MAX 3.0, con el cual se
indica la variación de caudal entregada por la bomba mediante las
variaciones de revoluciones por minuto que genera el motor utilizado en el
banco.
En el desarrollo del proyecto se aplican procedimientos, técnicas,
métodos de investigación, diseño y construcción, normas de seguridad y
primeros auxilios que darán como resultado una culminación y una
manipulación exitosa del proyecto planteado, en este proyecto se
desarrollaron dos puntos cruciales como son: el diseño mecánico y el
diseño eléctrico que conjuntamente con la parte hidráulica existentes en
los vehículos a diesel nos ayudaron a simular el funcionamiento de la
BOMBA ELECTRÓNICA VP44
La culminación de nuestro proyecto da como resultado la realización de
pruebas que mediante la variación de revoluciones de la bomba nos dan
unas diferencias de caudal entregada hacia los inyectores, lo cual
conduce a una formulación de conclusiones y recomendaciones, con una
correcta manipulación del banco de pruebas para el beneficio de los
estudiantes de la institución
xix
ABSTRACT
The following document is presented as a work prior to obtaining
undergraduate courses in automotive engineering and aimed to design
and build a functioning bank didactic ELECTRONIC PUMP VP 44 for
educational use of future professionals in the area of engineering
automotive.
The draft shows the operation of the fuel system of a vehicle CHEVROLET
D-MAX 3.0 with which indicates the variation of flow delivered by the pump
through variations rpm.
In developing the project uses procedures, techniques, research methods,
design and construction, safety and first aid will result in completion and
successful manipulation of the proposed project, this project is developing
two crucial points such as the mechanical design, electrical design in
conjunction with the existing hydraulic diesel vehicles helped us to
simulate the operation ELECTRONIC PUMP VP44
The culmination of our project results testing that by varying pump speed
gives us a differential flowdelivered to the injectors which leads to a
formulation of conclusions and recommendations and the proper handling
of a testbed for the benefit of students of the institution.
1
CAPÍTULO I
1. PARÁMETROS EN EL FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR
1.1. EL PROCESO DE COMBUSTIÓN.
La Combustión es una reacción termoquímica muy rápida, entre el
oxígeno del aire y el combustible, para formar teóricamente CO2 y H2O,
más el consiguiente desprendimiento de calor (Reacción exotérmica).
Para que se produzca la reacción de una manera efectiva, el combustible
debe pasar a estado gaseoso para mezclarse con el oxígeno. De esta
manera, la reacción se generará de una forma más eficaz debido a que el
proceso no es 100% eficaz, parte de los reactivos no se transforman en
CO2 y H2O, sino que se formarán en sustancias contaminantes que se
emiten al exterior en forma de emisiones. Como consecuencia, parte de la
energía química de los reactivos no se transformarán en calor.
El periodo de combustión es muy corto, en torno a decenas de
milisegundos, ya que se necesita que la reacción sea rápida y completa,
el periodo de combustión normalmente está entre 40o y 50º de giro de
cigüeñal (que va entre 20º APMS y de 20º a 30º DPMS). Si por ejemplo,
en un motor que funciona a 1500 rpm. El tiempo disponible para la
combustión será de:
50º (1 min/1500 rpm) x (1 rpm/360º) x (60 seg/1 min) = 5.6 ms
Para que se produzca una buena combustión se deben de cumplir varias
premisas:
2
Transformar el combustible líquido a estado gaseoso ya que cuanto
mayor sea el peso molecular del compuesto del hidrocarburo menos
volátil será, y así será más complejo el proceso de combustión.1
Hacer que el aire y el combustible se mezclen y alimenten la zona de
ignición y de combustión.
La ignición del combustible se produce cuando está finamente
pulverizada, con una temperatura suficiente dentro de la cámara de
combustión, sin embargo de no estar con las condiciones adecuadas
(como son: moléculas muy grandes, poca cantidad de oxígeno y/o
temperatura insuficiente) el combustible se quemará parcialmente, es
decir que se oxidará formando partículas de carbonilla y otros tipos de
partículas contaminantes.
1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA INYECCIÓN.
Para realizar la combustión es necesario inyectar una determinada
cantidad de diesel finamente pulverizado en la cámara de combustión, en
la cual se encuentra el aire comprimido a una temperatura elevada. Dicha
misión está encomendada a los inyectores, que reciben el combustible de
la bomba de inyección la cual se observa en la figura 1.1
El combustible debe ser inyectado en la cámara de combustión, pues el
correcto funcionamiento de un motor Diesel depende en gran parte de
una inyección correcta. Las condiciones esenciales son:
1
http://www.wearcheckiberica.es/documentacion/doctecnica/analisis_de_la_co
mbustion.pdf
3
Suministrar a cada cilindro y en cada ciclo la cantidad de
combustible justa, adecuándola a las condiciones de marcha del
motor.
Iniciar la inyección en el momento preciso, de manera que la
combustión se realice de forma correcta y por completo, variando el
punto de inyección a medida que el régimen de giro del motor varíe
haciendo que la bomba de inyección aumente o disminuya su caudal
de entrega.2
Pulverizar el combustible, de forma que se reparta uniformemente
dentro del cilindro para facilitar su inflamación.
Dar a esas gotas de combustible la suficiente capacidad de
penetración en la cámara donde se encuentra el aire comprimido.
Difundir de manera uniforme las partículas de combustible en el aire
de la cámara de combustión.
Los elementos encargados de cumplir estas necesidades son: 1.- La
bomba de inyección, que se encarga de dar combustible a cada
inyector en el momento oportuno a la presión requerida y en una
cantidad determinada para cada condición de funcionamiento del
motor; 2.- Los inyectores, que pulverizan el combustible en el interior
de las cámaras de combustión de forma uniforme sobre el aire
comprimido que las llena.
2
http://www.wearcheckiberica.es/documentacion/doctecnica/analisis_de_la_co
mbustion.pdf
4
Figura N° 1.1 Bombas de inyección e inyectores diesel
Fuente.- http://www.sasguildford.com/fuel.html
1.2.1. CARACTERÍSTICAS DE LA INYECCIÓN EN LA COMBUSTIÓN.
Cuando se inyecta combustible en la cámara de combustión de un motor
diesel se forman zonas ricas y otras zonas pobres en el interior de la
cámara, estas dos zonas están involucradas en el proceso de combustión.
En las zonas ricas el combustible suele generar mayor cantidad de CO,
HC, mientras que en las zonas pobres se produce mayor cantidad de
NOX.
En la figura 1.2, se observa que el chorro de combustible se atomiza en
finas gotas de combustible. Cuando el aire se encuentre
aproximadamente en 1000º K, el combustible se evapora de manera muy
fácil. La entrada del aire en la cámara de combustión hace que se forme
un torbellino, evaporando más fácilmente el combustible, al arrastrar parte
del spray y mezclándose con él, creando zonas ricas y pobres en
combustible. La inflamación suele producirse muy cerca del punto
estequiométrico, quemándose toda la mezcla disponible
instantáneamente. La mezcla que no se puede quemar por su pobreza
tiende a oxidarse en parte pero no se quema.
5
Figura N° 1.2 Zonas del spray formado de combustible en la cámara
de combustión.
Fuente:http://www.wearcheckiberica.es/documentacion/doctecnica/analisi
s_de_la_combustion.pdf
La mezcla formada alrededor del spray de diesel produce dos zonas: la
inflamable y la combustible. Cada una de ellas es importante desde el
punto de vista de formación de contaminantes.
Probablemente la forma más tradicional de representar la evolución del
proceso de combustión de un motor Diesel es la comparación entre la
evolución temporal de la masa de combustible inyectada por unidad de
tiempo (tasa de inyección 1), y la energía liberada en el proceso de
combustión por unidad de tiempo (tasa aparentemente de liberación de
calor). Este último parámetro se calcula a partir de la medida de presión
instantánea, mediante la aplicación combinada de la primera ley de la
Termodinámica y de las ecuaciones de estado al volumen de gas
encerrado en el cilindro. Otras propiedades termodinámicas se pueden
estimar mediante la aplicación de modelos de diagnóstico de la
combustión basados en estos mismos conceptos. En la siguiente figura se
puede observar un ejemplo de la evolución temporal de ambas tasas
características para un motor Diesel de inyección directa. La secuencia de
fases se describe a continuación3:
3 http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/8192/tesisupv3256.pdf
6
• Tiempo de Retraso (Ƭdelay): Esta fase empieza con el inicio de la
inyección del combustible (SOI) y termina cuando se produce el
inicio del proceso de combustión (SOC) figura 1.3. Durante esta fase
(definida desde el instante de tiempo en el cual la tasa de inyección
crece por encima de cero), el combustible se mezcla con el aire
gracias a una serie de procesos físicos como son la atomización del
combustible líquido, la evaporación del combustible atomizado y el
englobamiento del aire.
Dadas las propiedades termodinámicas de la atmósfera donde se inyecta,
la mezcla de aire y combustible no es estable, en el interior de la misma
comienzan a darse pre-reacciones químicas de baja intensidad que
producen la rotura de moléculas de combustible en cadenas de
hidrocarburos más cortas, junto con la formación de radicales libres
Figura N° 1.3 Diagrama de la tasa de inyección y de la tasa de
liberación de calor para un motor Diesel de inyección directa donde
se identifica las fases del proceso de combustión.
Fuente: http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/8192/tesisupv3256.pdf
7
Las pre-reacciones culminan con el autoencendido espontáneo de la
mezcla marcando el final de la fase de retraso. Dicho autoencendido
suele definirse como el momento en que se produce un crecimiento súbito
de la ley de liberación de calor. La duración de esta fase dependerá de las
condiciones operativas del motor.
• Combustión Premezclada: Esta fase es la que sigue al Ƭdelay. De
carácter no estacionario, se caracteriza por una rápida oxidación del
combustible que se ha mezclado con el aire entre los límites de
inflamabilidad en la fase previa. La cinética química entra en una
fase de alta temperatura con lo que la tasa de consumo de
combustible crece de una manera elevada y como consecuencia se
presenta una elevada tasa de liberación de calor.
El fuerte incremento de temperatura junto con el aumento brusco de
presión en un intervalo de tiempo tan corto, favorece el ruido de
motor característico de los Diesel. A partir del consumo de
combustible se forman tanto las especies finales CO2 y H2O, como
los productos intermedios precursores del hollín. La forma
característica de la ley de liberación de calor durante esta etapa es
un perfil casi triangular con un máximo y una caída a un mínimo
relativo donde se suele definir el final del proceso de combustión
premezclada.
• Combustión por Difusión: Una vez que se consume toda la masa
de la mezcla adquirida en el tiempo de retraso, se observa una tasa
más baja de liberación de calor que corresponde a la fase de
combustión por difusión. La ley de liberación de calor durante la
combustión por difusión está controlada principalmente por el
proceso de mezcla del combustible evaporado con el aire en el
interior de la cámara de combustión. La hipótesis generalmente
8
asumida es que la combustión durante esta fase se realiza en
condiciones localmente estequiométricas o próximas a ella. Durante
esta fase la estructura de la llama alcanza un período cuasi-
estacionario que se mantiene mientras se siga inyectando
combustible.
• Combustión por Difusión Tardía4: Una vez que se termina el
aporte de combustible (EOI) figura 1.4, termina el período cuasi-
estacionario de la combustión por difusión. En esta fase final, de
combustión por difusión tardía, se detiene el aporte de cantidad de
movimiento del chorro para el proceso de mezcla, observándose un
decrecimiento progresivo de la ley de liberación de calor causado
por el deterioro del proceso de mezcla aire-combustible.
El fenómeno de oxidación queda controlado entonces por la
turbulencia residual que queda en la cámara de combustión hasta
que se consuma todo el combustible.
4 http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/8192/tesisupv3256.pdf
9
Figura N° 1.4 Descripción esquemática de la secuencia de sucesos
ocurridos durante el proceso de inyección - combustión diesel (OH* -
CH* quimioluminiscencia del radical)
Fuente: http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/8192/tesisupv3256.pdf
1.2.2.- SISTEMAS DE LOS INYECTORES DIESEL.
Para lograr una buena combustión, es necesario que el combustible sea
inyectado en el interior del cilindro muy finamente pulverizado, con el
objetivo de lograr una mejor y más rápida combustión, el inyector es el
elemento que cumple los requisitos necesarios para conseguir la
pulverización del combustible en la medida idónea y distribuirlo
uniformemente por la cámara de combustión. Es por eso que sus
características dependen del tipo de cámara en que va montado el
inyector, cualquiera que sea su tipo, se fija a la cámara de combustión por
medio del porta inyector, que está formado por un cuerpo al que se acopla
10
el inyector en sí, o como también se le llama, tobera. Éste último lo
compone el cuerpo y la aguja (una tuerca es la encargada de fijar la
unión).
Debido a las diferentes cámaras de combustión utilizadas en los motores
Diesel, la forma, fuerza de penetración, y pulverización del chorro de
combustible proporcionado por el inyector están adaptados a las
condiciones específicas del motor. De esta manera, se distinguen dos
tipos esenciales de inyectores:
De orificios.
De tetón o espiga.
En el caso del inyector de orificios figura 1.5, tiene uno o varios orificios
para la salida de combustible, las válvulas que van en su interior abren y
cierran las salidas sin introducirse en dichos orificios, estando más
expuestos a taponarse por la carbonilla generada por la combustión del
combustible. Sin embargo tiene la ventaja de permitir la orientación y el
reparto del diesel pulverizado asegurando una completa combustión,
aunque no haya una gran turbulencia de aire, de ahí que sea muy
utilizado en las inyecciones directas, la presión de inyección es superior a
los inyectores de espiga alcanzando valores entre 350 y 300 kg/cm2 .
11
Figura N° 1.5 Inyector de orificios
Fuente: http://www.sabelotodo.org/automovil/inyectores.html
En el caso de los inyectores de tetón o espiga figura 1.6, tienen su
aplicación en motores con pre cámara o cámara de turbulencia, la
preparación de la mezcla de combustible se efectúa principalmente
mediante turbulencia de aire asistida por un chorro de inyección con la
forma apropiada, para este tipo de inyectores la presión de apertura de
inyección se encuentra sobre los 110 y 135 bares, este tipo de inyector
tiene su nombre por la válvula en forma de espiga que entra y sale en el
orificio de paso de combustible siendo difícil su taponamiento, el cierre de
flujo de combustible se efectúa por la parte cónica que lleva por encima
de la espiga.
En la actualidad, y gracias al avance de los distintos materiales, algunas
piezas de los inyectores son realizadas en material plástico, en zonas
donde la presión no sea un peligro para su integridad, también se siguen
12
fabricando inyectores completamente metálicos, siendo su accionamiento
de forma mecánica con solenoides, piezo eléctricos o HEUI.
Figura N° 1.6 Inyector de tetón
Fuente:
http://www.aficionadosalamecanica.net/gestion_electronica_diesel.htm
En el caso de los inyectores mecánicos figura 1.7, son los más antiguos
entre los inyectores de combustible diesel y son los cargados por resorte
siendo todavía empleados en diversas aplicaciones ya que su
funcionamiento se basa en un sistema de válvulas de rápida acción,
siendo capaz de abrir e inyectar el combustible dentro del motor en cuanto
este adquiera la presión suficiente.
13
Figura N° 1.7 Inyector mecánico
Fuente: http://www.bosch.com.mx/content/language1/html/13449.htm
Los inyectores de solenoide figura 1.8, son empleados en motores a
diesel como en motores a gasolina, ya que funcionan mediante señales
electrónicas enviadas por computador, las cuales activan un electro
magneto que separan las válvulas de entrega de su asiento con la
frecuencia prevista y el cierre de las válvulas corre a cargo de un pequeño
muelle que hace su trabajo en cuanto el magneto se desenergiza
14
Figura N° 1.8 Inyector de solenoide
Fuente: http://datoscaterpillar.blogspot.com/2013/01/los-inyectores-
unitarios-heui-eui-el.html
Los materiales que se utiliza para los inyectores piezo eléctricos figura1.9,
le dan la propiedad de dilatarse cuando se les aplica una corriente
eléctrica, esta característica es aprovechada aquí gracias a la presencia
de piezas de cristal piezo eléctrico, que de esta forma controlan la
inyección de combustible, este tipo de inyectores están entre los más
precisos de funcionamiento.
Figura N° 1.9 Inyector piezoeléctrico
Fuente: http://www.tallerdemecanica.com/inyectores-de-coomon-rail/36-
comprobacion-inyectores-common-rail-denso.html
15
Los inyectores HEUI figura 1.10, cuyo significado es unidad de inyección
activada hidráulicamente y controlada de manera electrónica lo cual
describe el funcionamiento de dichos inyectores ya que la presión
hidráulica se obtiene mediante un diafragma accionado por aceite, el cual
presiona e inyecta la cantidad de combustible necesario dentro del motor
y se puede decir que estos son los mejores y más seguros dentro de los
tipos de inyectores diesel.
Figura N° 1.10 Inyector HEUI
Fuente: http://www.hpetersen.com.py/repuestos/combustible_system.html
16
Figura N° 1.11 Comprobador de inyectores
Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs/s60h-diesel-fuel-injector-
tester-332765614.html
1. 3. CONDICIONES DE LA INYECCIÓN EN LOS MOTORES DIESEL.
Lo primero que se debe tener en cuenta es como afectan las propiedades
físicas del combustible en la forma de la atomización, penetración,
evaporación y mezcla con el aire para quemarse.
Retraso de la ignición pequeño (ms) para evitar el golpeteo diesel,
ya que se forman grandes cantidades de mezcla antes de la ignición.
Cuanto mayor número de cetano posee el combustible diesel es
mejor, ya que los retrasos a la ignición son menores. Cuanto mayor
y más lineal sea la molécula poseerá un número de cetano mayor.
Cuanto mayor sea el número de cetano menos tiempo (en grados de
cigüeñal) tarda en alcanzar la presión máxima de combustión.
Cuanto menor avance de cigüeñal se utilice el tiempo (en grados de
cigüeñal) que tarda en alcanzar la presión máxima de pico
disminuye.
17
Cuanto más fácil sea de crear las turbulencias con el combustible
mejor mezcla entre combustible y aire se dará.
La inyección del combustible en el interior de la cámara de
combustión en los motores Diesel debe realizarse a elevadas
presiones (de 250 a 400kg/cm2) por dos razones:
- La primera es necesario superar la elevada presión que tiene el
aire aspirado al final de la carrera de compresión para conseguir
introducir el combustible
- La segunda es para conseguir que el combustible salga del
inyector en chorros finamente pulverizados y de esta forma
disminuir el tiempo de retardo de la combustión.
En consecuencia, es necesaria una bomba que soporte las grandes
presiones que genera la válvula de salida y los inyectores. Además esta
bomba debe soportar las presiones mientras realiza las funciones de
avance y distribución de la inyección (para ciertos casos), lo cual hace
una bomba de inyección robusta y de gran precisión.
18
CAPÍTULO II
2. BOMBAS DE INYECCIÓN.
Al finalizar el año 1922 el técnico alemán Robert Bosch empezó a
desarrollar un sistema de inyección para los motores a diesel, para
reemplazar al sistema de alimentación de combustible mediante el
método de asistencia neumática que era aplicado en esos años, a
mediados de 1923 empezaron los primeros ensayos en la utilización de
bombas de inyección en los motores diesel, existiendo una docena de
bombas de inyección distintas, por fin en el verano europeo de 1925 se
empezaron a dar los últimos toques al diseño definitivo de la bomba de
inyección, a mediados de 1927 empezaron a salir las primeras bombas de
inyección de tipo mecánicas con elementos en línea que se fabricaron en
serie de la fábrica Stuttgart (Alemania), y desde entonces comenzó la
evolución del sistema de inyección diesel y hasta hoy incesantemente
sigue su evolución, siendo como modelos principales las bombas en línea
y bombas distribuidoras(rotativas).
Para el caso de las bombas de inyección en línea figura 2.12, la cual fue
creada por Robert Bosch, siendo en el siglo XX la más utilizada, por no
decir que la única que funcionaba correctamente en vehículos pesados,
incluso se la utilizo en vehículos de turismo hasta la finalización de la
década de los 60, pero se vio sustituida por las bombas rotativas, las
bombas lineales son de constitución muy robusta y de una funcionalidad
mecánica, sus inconvenientes principales son su tamaño, peso y que
están limitadas a un número de revoluciones que las hacen aptas para
vehículos pesados pero no para turismo. Las bombas en línea están
constituidas por tantos elementos de bombeo, colocados en línea, como
cilindros tenga el motor. En su conjunto incluye además de los elementos
de bombeo, un regulador de velocidad que puede ser centrífugo,
19
neumático o hidráulico, y un variador de avance automático de inyección
acoplado al sistema de arrastre de la bomba.
Figura N° 2.12 Bomba lineal PE
Fuente: http://www.ecured.cu/index.php/bomba_de_inyecci%c3%b3n
Este tipo de bombas figura 2.13, pueden ser utilizadas en motores con
potencias que van desde los 10 hasta los 200 kw/cilindro esto es posible
gracias a la gran variedad de bombas de inyección en línea, siendo su
utilización más eventual en motores diesel instalados en camiones y
autobuses, pero también se las utiliza en tractores y máquinas agrícolas,
así como en maquinaria de construcción, otro campo de aplicación de las
bombas de inyección en línea son: en motores navales y grupos
electrógenos; Bosch es el principal fabricante de este tipo de bombas y
las denomina PE.
Existen bombas PE de distintos tamaños que se adaptan a la potencia del
motor a la que van alimentar, los tipos de bombas se reúnen en grupos o
series cuyos rendimientos se establecen en los máximos y mínimos,
dentro de las bombas en línea PE existen dos construcciones distintas,
20
por un lado tenemos las denominadas “M” y “A” y por el otro las “MW” y
“P”
Figura N° 2.13 Tipos de bomba en línea
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/curso-bomba-linea.htm
21
Tabla N° 2.1 Clasificación de las bombas de inyección en línea
Clasificación de la bombas de inyección en línea PE
Características: Tipos:
M A MW P3000 P7100
Presión de
inyección (bar) 550 750 1100 950 1300
Aplicación
Turismos
y
vehículos
de
transporte
Camiones ligeros
y medianos,
tractores,
motores
industriales
Camiones de gran
tonelaje, motores
industriales
Potencia por
cilindro
(kW/cilindro)
20 27 36 60 160
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/curso-bomba-linea.htm
2.1. BOMBAS DE INYECCIÓN ROTATIVAS.
A este tipo de bombas figura 2.14, se las conoce como bombas
distribuidoras, requieren tolerancias y especificaciones muy estrictas para
que se obtengan las diferentes características de inyección deseada, los
diseños, los conceptos y las apariencias, son totalmente diferentes a la de
las bombas en línea, principalmente porque se utiliza solo un pistón en su
interior para los diversos cilindros del motor ya que a través de un solo
orificio, se hace el control de la inyección de cada cilindro, con el
movimiento rotativo del pistón el orificio coincide con la línea de alta
22
presión conectada a un inyector especifico, ese movimiento coordina la
secuencia de inyección.
Figura N° 2.14 Bomba Rotativa
Fuente: http://www.naikontuning.com/nt/bomba-de-inyeccion-diesel/
A diferencia de las bombas en línea, las bombas rotativas, se lubrican con
el propio combustible que está dentro de ellas ya que es una de las
razones fundamentales por las que se aconseja cambiar los filtros de
combustible en el período indicado, ya que de esta manera se garantiza
una mayor durabilidad de los componentes internos de la bomba,
normalmente las bombas rotativas son más compactas que las bombas
en línea, más livianas y soportan mayores revoluciones, pueden funcionar
en cualquier posición, este tipo de bombas son robustas y permiten
muchas reparaciones, pero su vida útil depende del tipo de reparaciones y
de la calidad de los componentes utilizados en las reparaciones. En la
figura 2.15 se muestra los elementos de una bomba rotativa.
23
Figura N° 2.15 Elementos de la bomba rotativa
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-embolos-
radiales2.htm
Existen varios tipos de bombas rotativas y se pueden clasificar en dos
grandes grupos y cada uno de estos grupos a su vez se subdivide en
otros dos:
Por la disposición de los émbolos de presión dentro de la bomba las
bombas pueden ser: 1.- De émbolos radiales, 2.- De un solo embolo
axial.
Por el tipo de regulador que lleve la bomba pueden ser: 1.- De
regulador centrífugo, 2.- De regulador hidráulico
24
2.1.1. BOMBAS INYECCIÓN DPA
Figura N° 2.16 Bomba DPA
Fuente:
http://www.garner.com.ec/index.php?option=com_content&view=article&id
=77&itemid=105
Las bombas de inyección tipo distribuidor DPA, figura 2.16, se utilizan en
la actualidad en todos los vehículos diesel ya que su funcionamiento es
seguro y durable, incluyendo en las aplicaciones agrícolas, industriales y
marinas, este tipo de bombas son versátiles y apropiadas para los
motores de 2, 3, 4 y 6 cilindros en los cuales no excedan presiones de
500 bar, su mayor atributo es ser compactas, eficaces con poco consumo
y robustas. En la figura 2.17 se muestran las partes más importantes de
este tipo de bomba:
- Carcasa
- Eje de mando
- Árbol de levas
- Cabezal hidráulico
- Conjunto de rotor distribuidor
- Rodillo y zapatas
25
- Ballestas
- Paletas (carbones )
- Pistón regulador y tornillo de ajuste
- Válvula dosificadora
Figura N° 2.17 Despiece de bomba DPA
Fuente:
http://www.iessierradeguara.com/documentos/departamentos/automocion/
circuitos_auxiliares/diesel/03_rotativa_dpa.pdf
Las Bombas DPA figura 2.17, se montan acopladas con una brida en el
motor y se impulsa mediante un eje estriado, a las bombas se las puede
montar en forma vertical u horizontal ya que sus piezas se encuentran en
una cubierta y la presión que se genera dentro de la cubierta impide que
entre polvo, agua y otros elementos, ya que en su funcionamiento, el
combustible viene de la bomba elevadora y entra a la bomba de inyección
para llegar a la bomba de transferencia de tipo aspas5.
5
http://www.iessierradeguara.com/documentos/departamentos/automocion/cir
cuitos_auxiliares/diesel/03_rotativa_dpa.pdf
26
En esta parte la válvula reguladora de presión (1), controla la presión del
combustible que viene de la bomba de transferencia, ya que este
combustible se distribuye por conductos en la cabeza hidráulica (12) hasta
llegar a la válvula de dosificación (10) y esta válvula se acciona mediante
la palanca de control para accionar el flujo de combustible hasta que
llegue al elemento de bombeo (la válvula de dosificación (10), es
encargada de controlar el paso de combustible al elemento de bombeo,
controla la cantidad de combustible a los inyectores y por ende la
velocidad y potencia del motor).
El combustible luego de pasar por los conductos del cabezal hidráulico
(12) llega al rotor, donde al alinearse los orificios de estos 2 elementos, el
combustible empieza a pasar de un elemento a otro, hasta llegar a un
orificio en la parte central del rotor el cual conduce a un elemento de
bombeo que está colocado en el extremo del rotor, este elemento de
bombeo consta de dos émbolos opuestos, montados en una cavidad que
atraviesa el rotor, los émbolos al girar bombean una carga de combustible
de alta presión hacia los inyectores, un anillo de excéntrica con lóbulos
internos acciona los émbolos , el anillo tiene el mismo número de lóbulos
que cilindros del motor, por lo tanto se podría decir que un motor de 4
cilindro ocurrirán cuatro acciones de bombeo por cada revolución de la
bomba, cabe señalar que en el cabezal hidráulico hay un orificio para
cada cilindro del motor, por lo que cuando gira el motor un orificio enviara
una carga de combustible que se distribuirá al cilindro correspondiente.
27
Cuadro N° 2.1 Esquema funcional de la Bomba C.A.V serie D.P.A
Fuente: http://eelalnx01.epn.edu.ec/bitstream/15000/1561/1/cd-2236.pdf
BOMBA ROTATIVA DPA
- Transfiere combustible desde el tanque hacia la bomba y luego hacia la boquilla del inyector para luego ser inyectado en cada cilindro
- Controla la dosificación de combustible de acuerdo al requerimiento del motor
CICLO DE CARGA
- Transfiere combustible desde el tanque hacia la bomba de transferencia con presión de 14.3 – 28.6 lb/pul
2
- Limpia el combustible de partículas de 8-25 micrón.
- Dosifica el combustible que ingresa al cilindro de bombeo a velocidad máxima de 1.6 – 3.4 cc
CICLO DE DESCARGA
- Trasnfiere el combustible del cilindro de bombeo inferior hacia la boquilla de acuerdo a las rpm del motor
- Controla la cantidad de combustible que sale de la boquilla a velocidad máxima 2-3 cc
OPERACIÓN DE VÁLVULAS DE PRESURIZACIÓN
- Mantiene los tubos de inyección llenos de combustible para la siguiente inyección comprensión de: 285-450 lb/pul
2
- Alivia la presión en los tubos de inyección al final del ciclo de descarga
OPERACIÓN DE LA PLACA TERMINAL
- Suministra una entrada de combustible a la bomba
- Sella la bomba de transferencia - Contiene a la válvula reguladora de
presión hacia la bomba de transferencia de acuerdo a las rpm compresión de 14.3-28.6lb/pul
2
LUBRICACIÓN DE LA BOMBA Y CIRCUITO DE RETORNO
- Suministra combustible adicional para lubricar la bomba
- Suministra aceite hacia el alojamiento de la bomba principal
- Lubrica los componentes del gobernor - Purga el sistema de residuos de aire
OPERACIÓN DEL GOBERNOR
- Regula la cantidad de combustible que ingresa al cilindro de bombeo para mantener la velocidad
OPERACIÓN DE AVANCE - Suministra combustible desde la bomba
de transferencia hacia el tornillo de localización de la cabeza de acuerdo a la posición del acelerador
- Avance de velocidad
- Avance de carga
28
2.1.2.- BOMBA DE INYECCIÓN DPC
Este tipo de bombas figura 2.18, es diseñada para motores de inyección
indirecta rápida, su construcción se basa en el mismo principio de rotación
que la bomba de inyección tipo distribuidora DPA (figura 2.17), pero con
ciertas características especiales como: la utilización de válvula EGR
(recirculación de gases de escape) sobre alimentación, avance con carga
baja, solenoide eléctrico de parada, es decir este tipo de bombas se utiliza
en automóviles y vehículos comerciales ligeros teniendo como sus
principales atributos ser compactas, con poco peso, fiables, de gran
rendimiento con mayor ahorro de combustible y de marcha suave.
Figura N° 2.18 Bomba de inyección DPC
(1.-Eje impulsor, 2.-Rotor de distribuidor, 3.-bomba de transferencia. 4.-
Émbolos bombeadores, 5.-Anillo de levas interno, 6.- Cabezal hidráulico,
7.-Placa terminal, 8.-Regulador, 9.-Avance automático, 10.-caja, 11.-Brazo
del regulador, 12.- Válvula dosificadora, 13.-Palanca de cierre, 14.-
Retenes de los pesos del regulador)
Fuente: http://es.scribd.com/doc/40282549/sistema-de-combustible
29
2.1.3. BOMBA DE INYECCIÓN ROOSA MÁSTER.
La marca Stanadyne, fue una de las primeras fabricantes de bombas
rotativas con el nombre de Roosa Máster a inicios de 1970 cambio el
nombre de esta compañía y también el nombre de las bombas que
fabricaba pero no en su estructura ni su funcionamiento, los fabricantes
de vehículos agrícolas americanos como: Allis-Chalmers, Ford,
Internacional, Harvester, John Deer son los usuarios avitualles de este
tipo de bombas.
En bombas Roosa Máster figura 2.19 el rotor de la bomba de
transferencia forma parte del rotor del distribuidor, con un válvula central
de entrega, colocada en el rotor del distribuidor para servir a todos los
cilindros, los accesorios tales como el avance automático o corte eléctrico
pueden ser parte integrante del alojamiento de la bomba, a este tipo de
bombas se las puede colocar en forma vertical u horizontal en el motor
diesel ya que el alojamiento siempre se encuentra lleno de combustible,
hasta la fecha se las utiliza en motores de hasta 8 cilindros ya que
cuentan con dispositivos de avance automático, de avance por velocidad
o por carga, poseen controles de torsión, corte eléctrico, gobernores
mecánicos, gobernores eléctricos y de inclinación, este tipo de bombas
tuvo su principal aplicación en General Motor Company GMC
30
Figura N° 2.19 Tipos de bomba de inyección Roosa Máster
Fuente: http://www.tallerdemecanica.com/taller-bosch/cursos
/mercadodiesel/bombasrotativas.html
2.1.4. BOMBA DE INYECCIÓN BOSCH EP VE Y EP VA.
El tipo de bomba rotativa convencional con émbolo axial VE (figura 2.20 -
2.21), se diferencia de sus similares por disponer en su parte superior un
corrector de sobrealimentación para motores diesel turbo alimentados,
estos elementos de regulación adicional, al ser un mecanismo de
precisión mecánica, trabaja especialmente de forma mecánica o
hidráulica, esto ha hecho que las bombas sean más complejas, aunque
técnicamente estén más perfeccionadas en su flexibilidad y precisión son
limitadas, por lo que se ha hecho necesaria la utilización de un elemento
de regulación adicional de carácter eléctrico o electrónico, que nos
permite configurar circuitos de regulación cerrados con una elevada
precisión, lo primero que se realizó con el fin de avanzar en estas
mejoras, fue regular de forma electrónica el inicio de la inyección para
poder mantener la dosificación de combustible, para ello se montó en el
porta inyector un sensor que registra el movimiento de la aguja y de esta
manera se sabe cuál es el inicio de la inyección y así la ECU compara el
31
valor real con el valor dominante los cuales depende de los números de
RPM, carga, temperatura de refrigerante y de otros parámetros en caso
de existir desviaciones o variaciones el regulador electrónico modifica el
comienzo de la inyección hasta alcanzar el valor nominal.
Figura N° 2.20 Bomba de inyección Bosch EP VE
Fuente:
http://www.catalogobosch.com/bibliotecapdf_es/diesel/sistemas_de_inyec
ci%c3%b3n_diesel.pdf
32
Figura N° 2.21 Bomba de inyección Bosch EP VA.
(a.- Conexiones o salidas a los tubos de impulsión que comunican con los
inyectores, b.- Alimentación de combustible, c.- Retorno de los sobrantes,
f y g- Palancas o ejes de regulación)
Fuente: http://es.scribd.com/doc/32150583/6-Motor-Diesel-Bomba-de-
Inyeccion-Rotativa
2.1.5.- BOMBA DE INYECCIÓN DP 200 LUCAS.
Este tipo de bombas figura 2.22, es el resultado y evolución de bombas
como la DPA figura 2.17 y DPC figura 2.18, que cumplen las exigencias
de los motores actuales ya que entre sus mejoras son el incremento de la
presión de inyección permitiendo una flexibilidad en la forma de la curva
de par, y permite incorporar opcionalmente sistemas de avance de carga
ligera progresiva o sistemas de avance en frio, las mejoras en su
regulador mecánico nos da una buena estabilidad de la regulación de la
vida funcional de la bomba, también pueden disponer de elementos como
33
controles de sobre alimentación, paros eléctricos, controles de exceso de
caudal para la mejora en el arranque en frio figura 2.23.
Figura N° 2.22 Bomba de inyección DP200
Fuente:http://www.garner.com.ec/index.php?option=com_content&view=ar
ticle&id=75&itemid=103
Figura N° 2.23 Flexibilidad de caudal
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bombainyeccion.htm
34
2.1.6.- BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA VP 44.
La bomba de émbolos radiales figura 2.24, VP 44 de la marca Bosch
empezó a ser fabricada a inicios de 1996 en la fábrica de Feuerbach en
Alemania posteriormente en el 2001 Bosch comenzó una comercialización
de una variante de la VP 44 que tenía un mayor rendimiento que le
permite trabajar con una tensión de red de 12 voltios y por otro lado
también podía ser usada con una tensión de 24 voltios en forma opcional
para su aplicación en vehículos industrias ligeros y medianos, se la puede
reconocer muy fácilmente ya que en su parte posterior sobre las salidas
de combustible hacia las cañerías tiene un conector de 9 pines y en la
parte superior de la bomba tiene un micro controlador el cual permitió
reducir la robustez de la bomba de inyección, permitiendo aprovechar de
mejor manera el poder calorífico del diesel, todo esto se basa en un
sistema de comunicación CAN BUS pero aún activan inyectores
mecánicos.
Figura N° 2.24 Bomba rotativa VP44
Fuente:
http://www.boschservice.com.pe/productos_bosch/repuestos_automotrice
s/paginas/diesel.asp?npagina=7
35
Debemos señalar que para la instalación de inyección diesel con una
bomba VP44, debe tener dos unidades de control para la regulación de
inyección electrónica diesel figura 2.25. Una unidad de control del motor y
otra unidad de control de bomba, estas dos unidades son necesarias para
evitar el recalentamiento de determinados componentes electrónicos y al
mismo tiempo evitar la influencia de señales parásitas que pueden
producirse debido a las intensidades de corriente parcialmente elevadas
(las cuales no deberían pasar de 20 Amp.) en la bomba de inyección,
mientras que la unidad de control de la bomba registra las señales de los
sensores internos de la bomba con respecto al ángulo de rotación y la
temperatura de combustible para de allí procesarlas, evaluarlas y así
accionar el momento de inyección.
La unidad de control del motor procesa todos los datos del motor, es decir
señales de sensores externos las cuales son procesadas para de igual
manera intervenir en el momento de inyección estos sensores pueden ser
los sensores MAP, MAF, TPS, SONDA LAMDA, sensor de golpeteo,
sensor de temperatura de refrigerante, etc.; y con todas las señales que
envían estos elementos, mas la señal de los actuadores y del sistema
CAM BUS hace posible el intercambio de señales, permitiendo la
evaluación datos para la inyección de combustible.
El sistema de alimentación de este tipo de bombas se compone de:
Sistema de baja presión y sistema de alta presión.
36
Figura N° 2.25 Sensores y actuadores de la bomba VP 44
Fuente: http://es.scribd.com/doc/74053216/bombas-electronic-as-bosch-
vp-30-vp44
A.- SISTEMA DE BAJA PRESIÓN.
El sistema de baja presión figura 2.26, está compuesto por una bomba de
paletas que aspira el combustible desde su depósito, aunque en ciertas
ocasiones se utiliza una electroválvula para el cebado. Este tipo de
bombas envía caudal hacia el interior de la bomba rotativa, cuya presión
en el interior es de 22 bares y alimenta a la bomba de alta presión y al
variador de avance, el control de la presión interna de la bomba se lo
hace por medio de la bomba mecánica que al ser activada esta se vuelve,
el combustible de alimentación de la bomba.
37
Figura N° 2.26 Bomba de émbolos sistema de baja presión
Fuente: http://www.ecured.cu/index.php/bomba_de_%c3%a9mbolo
Al realizar los primeros giros del motor la bomba aspira combustible
dentro de la cámara por medio de unos pistones los mismos que se
expanden debido al giro de los rodillos por medio de una leva donde va
ubicada la válvula de estrangulación que puede ser comandada por la
electroválvula, mientras el motor sigue girando los rodillos comprimen los
pistones y el conducto gira unos 450 figura 2.27.
38
Figura N° 2.27 Despiece de baja presión de una bomba de inyección
Fuente: http://www.furgovw.org/index.php?topic=224042.0
1. Eje de accionamiento.
2. Válvula reguladora de presión.
3. Anillo de apoyo.
4. Rueda dentada de accionamiento del regulador de caudal de
combustible.
5. Garra del eje.
6. Anillo excéntrico.
7. Estrangulador de rebose.
Bomba de Alimentación de Aletas6: Va montada en torno al eje de
accionamiento de la bomba de inyección. En la figura 2.27, el rotor
(1) en el cual van las aletas las cuales van centradas sobre el eje
son accionadas por una chaveta de disco. El rotor de aletas está
rodeado por un anillo excéntrico (3) alojado en el cuerpo, las cuatro
aletas del rotor son presionadas hacia el exterior contra el anillo
excéntrico por efecto del movimiento de rotación y de la fuerza
6 http://www.furgovw.org/index.php?topic=224042.0
39
centrífuga resultante. El combustible llega al cuerpo de la bomba de
inyección a través del canal de alimentación y pasa por una abertura
en forma de riñón.
Por efecto de la rotación, el combustible que se encuentra entre las
aletas, es transportado hacia el recinto superior y penetra en el
interior de la bomba de inyección a través de un taladro (orificio). Al
mismo tiempo, a través de un segundo taladro (orificio), una parte
del combustible llega a la válvula reguladora de presión.
Válvula reguladora de Presión7: En la figura 2.27, la válvula (2) va
situada cerca de la bomba de alimentación de aletas. Esta válvula es
de corredera, tarada por muelle, con lo que se puede variar la
presión en el interior de la bomba de inyección según el caudal de
combustible que se alimente. Si la presión de combustible excede un
determinado valor, el émbolo de la válvula abre el taladro de retorno,
de forma que el combustible pueda retornar a la entrada de la
bomba de alimentación de aletas. La presión de apertura de la
válvula la determina la tensión previa del muelle de compresión.
Estrangulador de Rebose: Este estrangulador (7) figura 2.27, va
roscado en la parte superior de la bomba de inyección. Permite el
retorno del caudal variable de combustible al depósito, a través de
un pequeño orificio (diámetro 0.6 mm.). El taladro ofrece una
resistencia a la salida de combustible, por lo que se mantiene la
presión en el interior de la bomba.
Como en el interior de la bomba se necesita una presión de
combustible exactamente definida de acuerdo con el régimen, el
7http://www.furgovw.org/index.php?topic=224042.0
40
estrangulador de rebose (7) y la válvula reguladora de presión (2)
están coordinados entre sí en lo que al funcionamiento se refiere.
B. SISTEMA DE ALTA PRESIÓN
El sistema de alta presión de combustible se encarga de generar la
presión necesaria para la inyección, con una bomba de alta presión de
émbolos radiales. El combustible es transportado e inyectado de nuevo
para cada proceso de inyección, a través de:
- Componentes de la bomba de inyección.
- La tubería de alta presión.
- El porta inyector.
- Inyector
Los componentes de alta presión de la bomba de inyección son8:
Bomba de Alta Presión de Émbolos Radiales.- El combustible
llega, estando abierta la electroválvula de alta presión, desde la
parte de baja presión hacia los émbolos de alimentación en la parte
de alta presión, el anillo de levas con elevaciones en la pared interior
del anillo presiona los émbolos de alimentación, radialmente hacia el
interior y comprime con cada carrera el combustible para su
inyección en el cilindro correspondiente.
Electroválvula De Alta Presión.- La electroválvula de alta presión
gobernada por la unidad de control de la bomba es la que regula la
afluencia de combustible hacia la bomba de alta presión de émbolos
8 Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
41
radiales y determina el caudal y el tiempo de inyección para cada
inyección dentro del cilindro.
Eje de Distribución con Cuerpo Distribuidor.- El eje de
distribución distribuye el combustible de tal forma que por cada
vuelta es abastecido cada cilindro una vez por un empalme de
conducto de presión del cuerpo distribuidor y una tubería de alta
presión.
Válvulas con Estrangulador de Retorno.- Las válvulas con
estrangulador de retorno que van en las conexiones del conducto de
impulsión amortiguan las ondas de presión de combustible reflejadas
que se producen al cerrar los inyectores, estas válvulas evitan el
desgaste de la parte de alta presión y de la apertura descontrolada
de los inyectores.
Estructura y Funcionamiento.- En la figura 2.28, el movimiento rotativo
del eje de accionamiento (1) se transmite al émbolo distribuidor (7) por
medio de un acoplamiento, las garras del eje de accionamiento y del disco
de levas (5) se engrana en el disco crucetas (2) dispuesto entre ellas por
medio del disco de levas; el movimiento giratorio del eje de accionamiento
se convierte en un movimiento de elevación y giro. Esto se debe a que la
trayectoria de las levas del disco discurre sobre los rodillos del anillo, el
émbolo distribuidor es solidario del disco de levas por medio de una pieza
de ajuste y está coordinado por un arrastrador. El desplazamiento del
émbolo distribuidor hacia el punto muerto superior (PMS) y está
asegurado por el perfil del disco de levas, los dos muelles antagonistas
del émbolo están dispuestos simétricamente y reposan sobre la cabeza
distribuidora (10) para actuar sobre el émbolo distribuidor a través de un
puente elástico (8) el cual provoca el desplazamiento del émbolo al punto
muerto inferior (PMI).
42
Además de la función motriz del eje de accionamiento, el eje de levas
influye sobre la presión de inyección y sobre la duración de esta ya que
los criterios determinantes a este aspecto son la carrera y la velocidad y
elevación de la leva ya que según la forma de la cámara de combustión y
el método de combustión de distintos tipos de motor cambian las
condiciones de inyección y se deberá producirse de una forma individual y
coordinada, por esta razón para cada tipo de motor se calcula una pista
especial de levas las cuales son colocadas sobre la cara frontal del disco
de levas y así el disco es configurado y colocado en la bomba de
inyección, por esta razón los discos de levas de las distintas bombas de
inyección no son intercambiables entre si9
9 Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
43
Figura N° 2.28 Elementos del sistema de combustible de alta presión
1.-eje de accionamiento, 2.- disco cruceta, 3.- anillo de rodillos, 4.-
rodillos, 5.- disco de levas, 6.- arandela de ajuste, 7.- embolo distribuidor,
8.- puente elástico, 9.- corredera de regulación, 10.- cabeza distribuidora,
11.- muelles, 12.- racor de impulsión (válvula de re aspiración)
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
Cabe señalar que la cabeza y el émbolo distribuidor (conjunto de la
bomba) figura 2.29, así como la corredera de regulación están tan
exactamente ajustados entre10 sí (por rodaje) que su estanqueidad es
total e incluso en las presiones más elevadas, y las pérdidas por fugas
son casi nulas pero tan inevitables como necesarias para la lubricación
del émbolo distribuidor, por esta razón en el caso de una sustitución
deberá cambiarse el conjunto de bomba completa y no solo ciertos
elementos del conjunto de bomba como el embolo distribuidor, la cabeza
distribuidora o la corredera de regulación por separado.
10
Fuente:http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
44
Figura N° 2.29 Conjunto de cabeza y embolo distribuidor
1.- Cabeza distribuidora, 2.- embolo distribuidor, 3.- racor de impulsión, 4.-
válvula de re aspiración, 5.- corredera de regulación
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
45
Cuadro N° 2.2 Fases de la generación y distribución de combustible
a alta presión
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
Las11 fases que sirven para generar y distribuir el combustible a alta
presión se ven en el cuadro detallado anteriormente en el que
corresponde a la alimentación de uno de los cilindros del motor, en el
caso de un motor de 4 cilindros el émbolo (1) describe a un cuarto de
vuelta entre las posiciones PMS (punto muerto superior) y PMI (punto
muerto inferior) y si es un sexto de vuelta se trata de un motor de 6
cilindros
11 Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-
inyeccion.htm
46
Electroválvula de Alta Presión
La electroválvula de alta presión dispuesta centradamente en el cuerpo
distribuidor, penetrando la aguja de la válvula en el eje distribuidor y
girando con este sincrónicamente. La válvula abre y cierra con una
relación de impulsos variable según las órdenes de la unidad de control
de la bomba. La correspondiente duración de cierre determina la duración
de alimentación de la bomba de alta presión de émbolos radiales. De esta
forma puede dosificarse exactamente el caudal de combustible.
Variador de Avance
En12 la parte inferior de la bomba está dispuesto el variador de avance
hidráulico con una válvula de impulsos y el émbolo de trabajo situado
transversalmente respecto al eje de la bomba. El variador de avance hace
girar el anillo de levas según el estado de carga y el régimen para variar
así el comienzo de alimentación (y con este también el momento de
inyección).
Este control variable se designa también como “variación electrónica” de
avance a la inyección.
Sensor del Ángulo de Rotación (SISTEMA DWS)
En el eje de accionamiento está dispuesta la rueda transmisora de ángulo
y la fijación para el sensor del ángulo de rotación. Estos elementos sirven
para la medición del ángulo que adoptan respectivamente el eje de
accionamiento y el anillo de levas durante el giro.
12 Fuente:http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
47
A partir de aquí puede calcularse el número de revoluciones actual, la
posición del variador de avance y la posición angular del árbol de levas.
Válvula de Re Aspiración
También llamada de impulsión figura 2.30, este tipo de válvulas aísla a la
tubería que conecta la bomba con el inyector y la misión de este es
descargar la tubería de inyección tras concluir la fase de alimentación de
la bomba, extrayendo el volumen exactamente definido de la tubería para
por una parte mantener la presión de la tubería y por otra debe asegurar
igualmente la caída brusca de presión del combustible en los conductos
para obtener el cierre inmediato del inyector y así evitar cualquier mínima
salida de combustible
Figura N° 2.30 Válvula de reaspiración
1.- orificio de salida de combustible, 2.- pistón de expansión, 3.- cono de
válvula, 4.- muelle, 5.- porta válvula (unido a la bomba)
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
Una vez que se produce el final de la inyección la válvula desciende bajo
la acción del muelle, el pistón de expansión se introduce en el porta
válvulas antes de que el cono de la válvula descienda sobre su asiento
aislando el tubo de alimentación del inyector, al descender la válvula
48
realiza una reaspiración de un determinado volumen dentro de la
canalización lo que da lugar a una expansión rápida de combustible
provocando un cierre brusco del inyector figura 2.31.
Figura N° 2.31 Desplazamiento de cono de válvula
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
Inyector.- La misión del inyector figura 2.32, es introducir el combustible
alimentado a alta presión por la bomba de inyección a la cámara de
combustión del motor. El inyector consta de cuerpo y aguja. Ambos están
ensamblados con una precisión de ajuste del orden de 2 a 4 micrómetros
y solo deben utilizarse como unidad completa. El conjunto inyector / porta
inyector va montado en la culata del motor, el porta inyector sirve para fijar
el inyector en la culata y para lograr una estanqueidad frente a la cámara
de combustión, el tubo de alimentación desemboca en el porta inyector y
este tiene además una conexión para la fuga de combustible.
49
Figura N° 2.32 Sección de inyector diesel
1.- aguja de inyector, 2.- cuerpo de inyector, 3.- cono de impulsión, 4
cama de presión, 5.- tetón de inyección
Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/bomba-ve-inyeccion.htm
C.- GESTIÓN ELECTRÓNICA DE LA BOMBA
Sobre la parte superior de la bomba está atornillada la unidad de control
de la bomba provista de aletas de refrigeración, la unidad calcula a partir
de las informaciones del sistema DWS (Dimensioning, Weighing,
Scanning) y de la unidad de control del motor, las señales de la activación
para la electroválvula de alta presión y la electroválvula del variador de
avance.
Esta unidad de control recibe señal del sensor del ángulo de rotación, así
como la de caudal de inyección, rpm motor, inicio de inyección. La UCE
además controla la electroválvula de alta presión y la electroválvula del
variador de avance.
50
Sensor de ángulo de rotación:
Este sensor funciona igual que el captador de fase, la misión de este
sensor es conocer la posición del eje de la bomba y los grados de
avance con los que está trabajando el motor.
Electroválvula reguladora de la alta presión:
Esta electroválvula controla la dosificación del caudal de combustible
cuando más altas son las revoluciones mayor paso de caudal
permite.
Electroválvula del variador de avance:
Esta electroválvula tiene la función de corregir el avance que tiene el
motor.
Mantenimiento:
En el desmontaje de la bomba, antes de soltar la correa de la distribución,
se debe utilizar el tornillo de bloqueo para no perder el calado de la
bomba. Existe otra evolución de esta bomba; en la cual se incorpora en la
parte superior de la bomba la UCE motor
2.2. CONTROL ELECTRÓNICO DE LA INYECCIÓN DIESEL.
El sistema de control electrónico en las bombas de inyección rotativas
tuvo sus inicios en la FIAT, este control tiene como función utilizar la
información del sensor del ángulo de rotación, del caudal de inyección de
las RPM del motor y del inicio de la inyección para que de esta manera
controlar las electroválvulas que se encuentran en el interior de la bomba,
el sensor del ángulo de rotación es el encargado de informar la posición
del eje de la bomba y los grados de avance con los cuales está
trabajando el motor, esta unidad de control en los vehículos funciona en
51
un principio como una PC, lee datos y calcula señales de salida igual que
una computadora personal, el corazón de esta unidad de control es la
placa de circuitos impresos con el micro controlador, fabricado según
técnica de la micro electrónica, pero debe cumplir algunas exigencias
adicionales como son: la capacidad de tiempo real, la seguridad de
servicio y las influencias del ambiente.
En lo que concierne a su capacidad en tiempo real, debe cumplir las
exigencias de una respuesta rápida de la regulación, por esta unidad de
control debe trabajar en tiempo real, es decir la reacción de la regulación
debe ajustarse al compás del proceso físico es decir las RPM.
Su estructura debe acoplarse al espacio y peso que ocupara siempre en
el vehículo ya que estos parámetros son de gran importancia para hacer
las unidades de control tan pequeñas y ligeras como sea posible, se
aplican entre otras las siguientes técnicas.
Técnica Multicapas.- Las redes de conductores impresos de entre 0,035
y 0,07 mm de grosor están dispuestos en varias capas, una sobre otras.
Componentes SMD.- Estos pequeños componentes montados en la
superficie están soldados o pegados de forma plana, sin conexiones de
paso ni taladros, directamente a la placa de circuitos impresos o al
substrato híbrido.
ASIC.- Estos componentes integrados especialmente diseñados pueden
reunir muchas funciones:
La seguridad de servicio se basa en un proceso de cálculo redundante
(adicionalmente en muchos casos se desarrollan en otros circuitos de
52
programa) y una diagnosis integrada, se ofrece una gran seguridad
contra anomalías.
La influencia del ambiente afecta al funcionamiento de la electrónica ya
que al haber variaciones de temperaturas excesivas puede afectar a los
componentes electrónicos los cuales debe trabajar con seguridad y se
debe tomar los siguientes parámetros:
Temperatura.- Las unidades de control en los vehículos deben resistir
temperaturas de servicio continuo de entre -40 0C a 600C y en casos
extremos a 125oC según su aplicación. En algunas zonas la temperatura
es incluso más alta a causa del calor cedido por los componentes
electrónicos, los cambios de temperatura desde el arranque en frio del
vehículo hasta el alto calor producido en el funcionamiento a plena carga
suponen también unas exigencias especiales.
Compatibilidad Electromagnética.- La electrónica del vehículo se
somete a controles muy rígidos, es decir las fuentes de interferencias
electrónicas (por ejemplo los reguladores electrónicos) o emisores
(emisores de radio, teléfonos móviles) no deben interferir en la unidad de
control, inversamente la unidad de control no debe interferir en el resto de
sistemas electrónicos.
Resistencia a las Vibraciones.- Las unidades de control fijadas en el
motor deben resistir hasta 30 g.
La estanqueidad y Resistencia a los Medios.- Con respecto al lugar de
montaje, la unidad de control ha de resistir la humedad, líquidos químicos
(por ejemplo aceites, agua de batería) y niebla salina. El dar realización a
esta y otras exigencias de modo rentable, con el creciente número de
funciones, plantea continuamente nuevos retos de investigación.
53
La bomba de inyección VP44 tiene incorporada un electroválvula
reguladora de alta presión la cual es la encargada de controlar la
gasificación de combustible teniendo en cuenta las RPM del motor,
también posee una electroválvula de variador de avance que está
compuesta por un émbolo que va unido al disco de levas, esta
electroválvula es encargada de corregir el avance que tiene el motor
cuando este gira en altas revoluciones
Control y Regulación
Estos se producen efecto por la influencia de una o mas magnitudes de
entrada sobre una o mas magnitudes de salida.
Control.- Las magnitudes de salida para la activacion de los elementos
actuadores se calculan en la unidad de control a base de las magnitudes
de entrada, datos pre definidos, diagramas caracteristicos y algoritmos
(secuencias de cálculo).
El efecto no se comprueba (efecto secuencial abierto), este principio se
utiliza para el control secuencial de las bujias de incandescencia
Regulación.- La carácterística de la regulación es el efecto secuencia
cerrado (circuito de regulación), el valor real se compara constantemente
con el valor teórico. Tan pronto como se reconoce una diferencia, se
efectua una corrección en la activación de los elementos actuadores , la
ventaja de regulación consiste en la identificación y consideración de
influencias extrañas (magnitudes de perturbación), se regula por ejemplo
el número de revoluciones de ralentí de un motor.
La unidad de control de la EDC, es en realidad una unidad de “control y
regulacion“ . El concepto de unidad de control se ha extendido por largo
tiempo por lo tanto que se sigue utilizando aunque a lo largo de su
desarrollo haya adoptado esta unidad muchas tareas de regulación
54
Procesamiento de Datos.- La unidad de control figura 2.33, evalua las
señales de los sensores externos y las limita al nivel de tensión admisible,
ademas comprueba la veracidad de algunas señales de entrada, a partir
de estos datos de entrada y de los diagramas característicos
almacenados en el micro procesador y calcula la cituación y la duración
de la inyección y las convierte en un desarrollo temporal de la señal
adaptados al movimiento del pistón, el programa de cálculo recibe el
nombre de “software de la unidad de control”
Figura N° 2.33 Puerto de conexión del módulo de control
Fuente:
http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+diesel+(e
dc)/
Por razón de la precisión requerida y de la alta dinámica del motor diesel,
es necesario una gran capacidad de cálculo con las señales de salida se
activan pasos finales que suministra suficiente potencia para los
elementos actuadores (electroválvulas de alta presión para la inyección,
actuadores de la realimentación de los gases de escape y actuadores de
presión de sobrealimentación) además se activan también otros
55
componentes con funciones auxiliares (como por ejemplo los relés de
incandecencia, acondicionadores de aire); las funciones de diagnosís de
los pasos finales para las electroválvulas identifican también desarrollos
deficientes de la señal, adicionalmente a través de las interfases se tiene
lugar a un intercambio de señales con otro sitema de vehículo, la unidad
de control supervisa también todo el sitema de inyección dentro de un
marco de un concepto de seguridad
2.2.1. INTERCAMBIO DE DATOS CON OTROS SISTEMAS.
Señal de Consumo de Combustible.- La unidad de control del
motor figura 2.34, averigua del consumo de combustible y transmite
la señal a través del CAN al panel de instrumentos o a un ordenador
de abordo, alli se indica al conductor el consumo de combustible o el
alcanse kilométrico restante; los sistemas antiguos transmiten las
señal de consumo de combustible como señal MID(señal modulada
por inpulsos en duracion).
56
Figura N° 2.34 Sistemas de control
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
Control del Motor de Arranque.- El motor de arranque puede ser
activado por la unidad de control de motor, así, la EDC asegura que
el conductor no puede accionar el motor de arranque cuando el
motor está en marcha ya que el motor de arranque solo se utiliza
57
para que el motor pueda arrancar con seguridad y gracias a esta
función el motor de arranque puede ser más ligero y económico.
Unidad de Control de Tiempo de Precalentamiento.-Esta unidad
recibe de la unidad de control del motor la información sobre el
momento y la duración del pre calentamiento ya que a continuación
activa las bujías de incandescencia y vigila su funcionamiento. De
existir anomalías en su funcionamiento son transmitidas a la unidad
de control del motor para la diagnosis respectiva, en lo concerniente
a la lámpara de control de precalentamiento esta es activada por la
unidad de control.
Inmovilizador Electrónico.- Con el fin de impedir su uso no
autorizado, el motor solo se puede arrancar cuando la unidad de
control adicional para el inmovilizador libera a la unidad de control,
siendo posible arrancar y encender el motor.
Intervención Externa en el Par.- cuando tiene lugar una
intervención externa en el par otra unidad de control influye sobre el
caudal de inyección, esta unidad comunica a la unidad de control del
motor si debe modificarse el par motor y en que magnitud y con el
par también el caudal de inyección.
Control del Alternador.- A través de un interface en serie
normalizado figura 2.35, EDC puede controlar a distancia y vigilar el
alternador siendo posible controlar la tensión de regulación así como
desconectar completamente el alternador, también se puede
intensificar el comportamiento de carga del alternador, es decir que
cuando la batería está un poco cargada se aumenta el número de
RPM del motor cuando está en ralentí.
58
Figura N° 2.35 Componentes para el intercambio de datos
1.- unidad de control (ABS, ASR, etc.,), 2.- unidad de control de cambio de
marcha, 3.- unidad de control del motor (EDC), 4.- unidad de control del
acondicionador de aire. 5.- unidad de control del tiempo de pre
calentamiento, 6.- tablero de instrumentos con computadora abordo, 7.-
unidad de control del inmovilizador, 8.- motor de arranque, 9.- alternador,
10.- compresor motor de arranque.
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
Acondicionador de Aire.- La variación de temperatura dentro del
habitáculo se utiliza un compresor el cual está montado al motor
mediante bandas de conexión, su demanda de potencia puede
ascender según el tipo de motor y la situación de marcha hasta un
30% de la potencia del motor.
59
2.2.2. REGULACIÓN DE INYECCIÓN.
Para que el motor funcione con una condición óptima se calcula en la
unidad de control el caudal de inyección adecuado sea en altas o en bajas
RPM influyendo los siguientes factores:
Caudal de Arranque.- Al arrancar el motor se calcula el caudal de
inyección en función de la temperatura de refrigerante y del número
de revoluciones, las señales para el caudal de arranque se emiten
desde la conexión del interruptor de marcha hasta que se alcanza el
número de RPM mínimo, en esta etapa el conductor no tiene
influencia sobre el caudal de arranque.
Durante la Marcha.- Al estar el vehículo en marcha se calcula el
caudal de inyección en función de la posición del pedal del
acelerador (TPS) y el número de revoluciones, este cálculo se basa
en diagramas característicos que también tienen en cuenta otros
factores de influencia como son: la temperatura del combustible, del
refrigerante y la temperatura del aire de admisión, por ende el deseo
del conductor y la potencia del motor están coordinados entre sí de
la mejor manera posible.
Regulación de Ralentí.- Se basa en ajustar el número de
revoluciones teórico definido cuando no está accionado el pedal del
acelerador figura 2.36, este número de revoluciones puede variar
dependiendo el estado de servicio del motor es decir cuando el
motor esta frio o el motor está caliente, el ralentí puede variar
cuando: la tensión de abordo es demasiada baja, el aire
acondicionado esta activado o el vehículo está rodando, cual fuese
la situación de funcionamiento del motor el ralentí debería ser el más
bajo posible.
60
Figura N° 2.36 Sensor TPS de Chevrolet D MAX
Fuente: http://orlandosistemaelectronico.blogspot.com/2013/06/sensores-
automovilisticos.html
Regulación del Número de Revolución Final.- Llamada también
regulación final y es el proceso que le protege al motor del número
máximo de RPM, a las que va a funcionar, el fabricante del motor es
quien define este número máximo ya que si se sobrepasa este límite
el motor sufriría daños, la regulación final reduce del caudal de
inyección de modo continuo por encima del punto de la potencia
nominal del motor, poco antes de alcanzar el número máximo de
RPM se suprime la inyección, la regulación fija a de actuar lo mas
suavemente posible para evitar una limitación brusca de la velocidad
del motor.
Amortiguación Activa de Sacudidas.- Cuando existe una variación
del par del motor existen sacudidas y son desagradables para los
ocupantes del vehículo, la función del amortiguador activo de
sacudidas es reducir estas sacudidas producto de las variaciones de
61
RPM del motor en forma ascendente o descendente , esta se
efectúa con la aplicación de dos medidas figura 2.37.
Cuando tiene lugar variaciones repentinas del par deseado por el
conductor, una función filtrante exactamente ajustada reduce la
excitación de la cadena cinemática.
Las vibraciones de la cadena cinemática se identifica a base de las
señales de RPM y se amortiguan mediante una regulación activa,
esto reduce el caudal de inyección cuando aumenta el número de
RPM y lo incrementa cuando el número de RPM disminuye para así
contrarrestar las vibraciones.
Figura N° 2.37 Ejemplo del amortiguador activo de sacudidas
a.- sin amortiguador activo de sacudidas, b.- con amortiguador activo de
sacudidas 1.- función filtrante 2.- corrección activa
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
62
Regulación de Suavidad de Marcha / Compensación del
Caudal.- No todos los cilindros generan el mismo par durante la
inyección figura 2.38, esto se debe a variaciones de entre la
compresión de los cilindros o en los componentes hidráulicos de la
inyección, las consecuencias de estas diferencias es una marcha del
motor desequilibrada con aumento de emisiones, la función de
compensación de caudal tiene como función primordial reconocer
tales diferencias a base de las oscilaciones del número de RPM
resultantes, y de compensarlas mediante una adaptación selectiva
del caudal de inyección del cilindro afectado, para tal fin se compara
el número de revoluciones tras la inyección de un cilindro
determinado con el número de revoluciones medias, si el número de
revoluciones del cilindro afectado es demasiado bajo, se aumenta el
caudal de inyección, si es demasiado alto hay que reducir el caudal.
Figura N° 2.38 Ejemplo de la regulación de suavidad de marcha
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
63
La regulación de suavidad de marcha es una forma de confort cuyo
objetivo primario es mejorar la suavidad de marcha del motor en el
margen del número de revoluciones de ralentí, adicionalmente a la mejora
del confort en ralentí la regulación de compensación del caudal debe
mejorar las emisiones en el margen de revoluciones, mediante una
igualación de los caudales de inyección de los cilindros del motor. La
regulación de compensación para vehículos industriales también recibe el
nombre de compensación de cilindros adaptiva o “Smooth Running
Control” lo que quiere decir control de funcionamiento suave.
Caudal Límite.- Si se inyectara siempre el caudal de combustible
deseado por el conductor o el físicamente posible podrían producirse
los siguientes efectos:
Emisiones contaminantes demasiado elevadas.
Excesiva expulsión de hollín.
Sobrecarga mecánica a causa de un par motor excesivo o un exceso
de revoluciones.
Sobrecarga térmica debido a una temperatura excesiva de los gases
de escape, del liquido refrigerante, del aceite o del turbo compresor.
Sobrecarga térmica en las electroválvulas a causa de tiempos de
activación demasiados largos.
Con el fin de evitar esos efectos no deseados, se calcula un límite a partir
de diferentes magnitudes de entrada por ejemplo: masa de aire aspirado,
número de revoluciones y temperatura del líquido refrigerante, de este
modo se limita el caudal de inyección máximo y con ello, el par motor
máximo.
Corrección de Altitud.- A medida que la altitud es mayor, disminuye
la presión atmosférica por consiguiente también disminuye el llenado
de los cilindros con aire de combustión, por eso hay que reducir el
64
caudal de inyección, si se inyectara el mismo caudal que con presión
atmosférica alta, se produciría una intensa expulsión de humo a
causa de falta de aire.
El sensor de presión de ambiente en la unidad de control detecta la
presión atmosférica, de este modo se puede reducir el caudal de
inyección cuando se marcha por grandes altitudes, la presión
atmosférica influye también en la regulación de la presión de
sobrealimentación y en la limitación del par de motor.
Desconexión de Cilindros.- Si se desea un par motor reducido con
altos números de revoluciones se tiene que inyectar un poco de
combustible, otra posibilidad de reducir el par de motor es la
desconexión de cilindros, para lograr esto se desconectan la mitad
de los inyectores (UIS de vehículos industriales también llamado
unidad de bomba-inyector, UPS también llamado bomba-tubería-
inyector, sistema CR denominado riel común). Los inyectores
restantes inyectan entonces un caudal de combustible mayor, este
caudal se puede dosificar con mayor precisión.
Mediante algoritmos de software especiales se pueden conseguir las
transiciones suaves sin variaciones del par motor perceptibles al
conectarse o desconectarse los inyectores.
Regulación del Comienzo de Inyección.- El comienzo de la
inyección influye esencialmente sobre la potencia, el consumo de
combustible, las emisiones de ruidos y el comportamiento de gases
de escape, su valor teórico depende del número de revoluciones del
motor y del caudal de inyección este valor está almacenado en la
unidad de control en forma de diagramas característicos. Además se
puede efectuar una corrección en función de la temperatura del
líquido refrigerante y de la presión del ambiente.
65
A causa de tolerancia de fabricación y del montaje de similares bombas
de inyección al motor, así como de alteraciones de las electroválvulas
durante su funcionamiento pueden producirse pequeñas diferencias de
los tiempos de respuesta de esas válvulas y con ello del comienzo del
suministro. El comportamiento de respuesta de la combinación de porta
inyector también cambia a lo largo del tiempo de funcionamiento, la
densidad y la temperatura del combustible influyen también en el
comienzo de la inyección, estas influencias han de compensarse
mediante una estrategia de regulación con el fin de mantener los valores
límite de gases de escape, se aplican las siguientes regulaciones
detalladas en el siguiente cuadro.
Cuadro N° 2.3 Regulación del comienzo de inyección
REGULACIÓN
REGULACIÓN
CON SENSOR
DE
MOVIMIENTO
DE AGUJA
REGULACIÓN
DEL
COMIENZO
DE
SUMINISTRO
REGULACIÓN
BIP
SISTEMA DE INYECCIÓN
Bombas en línea x − −
Bombas rotativas de
mando por aristas x − −
Bombas rotativas de
mando por electroválvula x x −
Common Rail − − −
Unidad de bomba-
inyector/unidad de bomba-
tubería inyector
− − x
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
66
La activación de alta tensión en el sistema Common Rail hace posibles
comienzos de inyección reproducibles con tanta exactitud, que pueden
renunciarse en este caso a la regulación del comienzo de inyección.
Regulación con Sensor de Movimiento de Aguja.- Un sensor
inductivo de movimiento de aguja en un inyector emite un impulso
cada vez que se abre y cierra la aguja del inyector, sirve a la unidad
de control como confirmación del comienzo de inyección, este puede
seguir y observar así de modo exacto en el circuito de regulación
cerrado, el valor teórico para el punto de servicio correspondiente, a
partir de la “señal primaria” del sensor de movimiento de aguja,
después de suprimir las interferencias y aplicarla en el circuito de
evaluación correspondiente se forma un impulso rectangular
exactamente evaluable que indica en cada caso el comienzo de
inyección para un cilindro de referencia.
La13 unidad de control ajusta el mecanismo para el comienzo de inyección
(mecanismo magnético en las bombas de inyección en línea,
electroválvula del variador de avance en las bombas rotativas) a fin de
que el valor real del comienzo de la inyección corresponda siempre al
valor teórico actual. La señal de comienzo de inyección sólo puede
evaluarse mientras se inyecte combustible y el número de revoluciones
permanezca estable, antes y durante el accionamiento del arrancador así
como durante la marcha por empuje (sin inyección) no hay ninguna señal
evaluable del sensor de movimiento de aguja, el circuito de regulación del
comienzo de inyección no se puede cerrar por no existir una confirmación
13 Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+diesel+(edc)/
67
del comienzo, entonces se desconecta el regulador y el comienzo de
inyección ha de ser controlado.
Cuadro N° 2.4 Regeneración de las señales del sensor de
movimiento de aguja
1.- Señal primaria del sensor de movimiento de aguja, 2.- Señal derivada,
3.- Señal primaria de un sensor de revoluciones, 4.- Señal derivada, 5.-
Señal de comienzo de inyección evaluada
Fuente:http://www.cuspide.com/9788429104493/regulacion+electronica+d
iesel+(edc)/
2.3. CARACTERÍSTICAS DEL DIESEL
El diesel es un derivado del petróleo figura 3.39, el cual está compuesto
principalmente de parafina, naftalénicos y aromáticos, el número de
carbono es bastante fijo y se encuentra entre el C10 y C22
68
Parámetro Norma Unidades UNE EN 590°
Diesel # 2
Densidad (15°C) EN ISO 12185
0.820-0.845
Viscosidad
Cinemática 40°
EN ISO 3104 cSt 2.0-4.5
Punto Inflamación EN 22719 ISO/CD
3679
°C 55 min.
Azufre EN ISO 14596 ppm 350 máx.
Residuo
Carbonoso (10%)
EN ISO 10370 % 0.30 máx.
Contaminación
Total
EN 12662 ppm 24 máx.
Agua EN ISO 12937 ppm 200 máx.
Corrosión al Cobre EN ISO 2160 - Clase 1
Cenizas Sulfatadas EN ISO 6245
ISO 3987
% 0.01 máx.
Estabilidad
Oxidación
EN ISO 12205
prEN 14112
mg/l 25 máx.
Numero de Cetano EN ISO 5165 - 51 min.
Índice de Cetano EN ISO 4264 - 46 min.
Figura N° 3.39 Especificaciones del combustible diesel
Fuente:
https://www.edrhym.gob.sv/hidropublic/descargas/reglamentos_hidro/prod
uctos%20de%20petroleo/especificaciones%20productos/rtca_75_02_17_
06.pdf
Las propiedades del diesel en el ámbito comercial dependen tanto del
proceso de fabricación y aplicación, dando como resultado las siguientes
características particulares al nuevo combustible:
Punto de Inflamación.- Este parámetro generalmente se determina
para satisfacer temas legales de seguridad, el punto de inflamación
69
es la traducción del término Flash Point en ingles, en la que se
determina la temperatura más baja a la cual un líquido desprende
vapores que forman en el aire una mezcla inflamable, para
determinar el punto de inflamación se requiere una fuente de
ignición, si esta fuente desaparece la mezcla vapor / aire no se
quema, el término del punto de inflamación no se debe confundir con
el término de auto ignición ya que este segundo término no requiere
una fuente de ignición, en la siguiente tabla se indican algunos
ejemplos de combustibles inflamables y sus respectivas
temperaturas de inflamación y auto ignición
Tabla N° 2.2 Valores de puntos de inflamación de combustible
COMBUSTIBLE FLASH POINT (PUNTO DE
INFLAMACIÓN)
TEMPERATURA DE
AUTO INGNICIÓN
ETANOL (70%) 16.6°C 363°C
NAFTA -43°C 246°C
DIESEL -62°C 210°C
KERESONE 38-72°C 220°C
BIODIESEL -130°C
Fuente:http://www.insht.es/inshtweb/contenidos/documentacion/fichastecn
icas/ntp/ficheros/301a400/ntp_379.pdf
Viscosidad.- Debe poseer una viscosidad mínima para evitar
pérdidas de potencia debido a las fugas en la bomba de inyección y
en el inyector, además le da características de lubricación al sistema
de combustible, por otra parte también se limita la viscosidad
máxima por consideraciones de diseño y tamaño de los motores
dependiendo de las características del sistema de inyección, es decir
que la viscosidad de los combustibles diesel afecta el
comportamiento de la pulverización en las cámaras de combustión
ya que cuando existe una viscosidad baja se produce una fina
70
niebla, pero cuando existe un viscosidad alta da como resultado una
atomización menos fina, se recomienda una viscosidad comprendida
entre 1.4 y 20 centistokes.
Densidad.- Da idea del contenido en energía del combustible,
mayores densidades indican mayor energía térmica y una economía
de combustible mejor, puede medirse utilizando un densímetro la
densidad de un combustible afecta su penetración al pulverizarlo, tal
como ocurre al inyectarlo en la cámara de combustión. Es decir que
un combustible con densidad baja generalmente presenta mayor
poder calorífico por galón que el combustible situado más allá en la
escala estándar de densidad que se extiende entre 25 y 49 a 15 0C.
la densidad API (Instituto Americano del Petróleo) mínima para
motores diesel es de 30 y la máxima de 45.
Tabla N° 2.3 Tabla comparativa de densidad y viscosidad
FLUIDO DENSIDAD ( VISCICIDAD
Agua 1000 0,0015
Diésel 680 0,000673
Aceite 880 0,460
Contenido de Azufre.- Contribuye al desgaste del motor
principalmente en sus rines y de sus cilindros y en la aparición del
depósito conocido como barniz el cual se ubica en las faldas del
pistón produciendo además un lodo de aceite en el cárter del motor,
que varían considerablemente en importancia dependiendo en gran
medida de las condiciones del funcionamiento del motor, también
pueden afectar al funcionamiento del sistema de control de
emisiones y a límites medio ambientales las tolerancias ambientales
para los combustibles diesel permiten un contenido generalmente
71
menor de 0,5 % de azufre figura 2.40, ya que los combustibles que
exceden este porcentaje de azufre contienen grandes cantidades de
diversos componente nitrogenados.
Figura N° 2.40 Calidad del diesel en america latina, c.- Corriente, e.-
Extra
Fuente: http://www.kas.de/wf/doc/kas_32590-1522-1-
30.pdf?121121125212
Número de Cetano.- Es una medida de calidad de ignición de un
combustible e influye en las emisiones de humo y en la calidad de
combustión. El número de cetano depende del diseño y tamaño del
motor de las variaciones de la carga y velocidad de condiciones de
arranque y atmosféricas, a medida que el número de cetano
aumenta se disminuye el periodo de tiempo entre el instante en que
el combustible entra a la cámara de combustión y el instante en que
72
empieza a quemar, cuando el número de cetano es bajo da como
resultado ruidos en el motor, prolongando el retraso de la ignición y
el aumento del peso molecular de las emisiones. Los motores diesel
con cámara de pre combustión requieren un número de cetano
mínimo de 35, mientras que los motores de inyección directa
requieren un número de cetano mínimo de 40 para obtener buenas
características de arranque, el número más alto atribuido
normalmente a un combustible diesel es de 55 cetano.
Tabla N° 2.4 Comparación de número de cetano
Fuente: http://ingmecanicamc.blogspot.com/2013/01/determinacion-de-
propiedades-cetanicas.html
Punto de Niebla y Punto de Vertido.- El punto de niebla indica la
temperatura a la cual empieza a precipitar ciertos compuestos de
combustible (parafinas), es una medida muy importante a tener en
cuenta cuando se usa el motor en climas fríos puesto que el
combustible puede tornarse insoluble y puede empezar a formarse
cristales de acero, mientras que el punto de vertido es la
temperatura a la cual una cantidad suficiente de combustible se
torna insoluble para impedir que fluya bajo determinadas
condiciones es decir que, un punto de vertido alto da como resultado
73
que el combustible no fluya fácilmente a través de los filtros y del
sistema de alimentación del motor.
Agua y Sedimentos.- El agua se puede formar por condensación en
el tanque de almacenamiento. La presencia del agua y sólidos de
desgaste normalmente pueden deteriorar filtros y darle al
combustible ciertas propiedades de lubricidad menores ,el agua
puede provocar dos problemas en el motor:
Corrosión en los componentes del motor, generalmente herrumbre,
ya que el agua se acidifica y acaba atacando a los tanques de
almacenamiento.
Contribuye al crecimiento de microorganismos (fungí, bacterias).
Forman lodos y sedimentos que pueden dañar los filtros, además,
algunos de estos microorganismos pueden convertir el azufre que
posea el combustible en ácido sulfúrico, que corroe la superficie
metálica del tanque.
El agua se puede presentar en el tanque de dos formas:
Disuelta en el combustible, la cantidad de agua depende de la
solubilidad de esta en el diesel.
Separada de la fase de combustible en forma libre, la cantidad de
esta depende de cómo se manipule y transporte el combustible.
Los sedimentos pueden ser originados principalmente por un mal
proceso de purificación del combustible o contaminación del
mismo, afectan principalmente a la temperatura de cristalización y
al número de Cetano.
74
Tabla N° 2.5 Propiedades del diesel
Propiedades Físico
Químicas
Método de Ensayo
Unidades
Cifras Típicas Convenin ASTM
Densidad Relativa
@15,6° C
1143 D1298 Adm. 0,860
Azufre 1826 D2622 % peso 0,5
Numero de cetano 1134 D613 Adm. 43
Cenizas 2900 D874 % peso 0,01
Punto de fluidez 877 D5950 ° C 0
Punto de inflamación 372 D93 ° C 65
Corrosión a la lámina
de cobre
872 D130 Adm. 1ª
Viscosidad cinematica
@ 40° C
424 D445 cSt 4,6
Destilación
10% recuperado
90% recuperado
P.F.E
850 D86 ° C
242
346
386
Color 890 D1500 Adm 2
Fuente: http://www.ref.pemex.com/octanaje/24DIESEL.htm
Residuo Carbonoso.- Da una idea de la tendencia del combustible
a formar depósitos carbonosos, se aproxima a la tendencia del
motor a formar depósitos, la cantidad de residuos carbonosos
pueden medirse en un laboratorio, calentando una muestra de
combustible en un recipiente sellado al vacio.
Poder Calorífico.- El poder calorífico de un combustible es de suma
75
importancia ya que es una indicación de potencia que puede
proporcionar al combustible cuando este se quema, el poder
calorífico puede determinarse mediante un calorímetro cuyo valores
van expresados en BTU (unidad de energía inglesa que significa
British Thermal Unitid y que equivale a: 252 calorías o 1055.056
Julios) por libra de combustible.
Tabla N° 2.6 Valores del poder calorífico de combustibles
Combustible Poder
calorífico
Gasolina 45000 (kJ/kg)
Petróleo 44000 (kJ/kg)
Gasóleo 42700 (kJ/kg)
Gas natural 42000 (kJ/kg)
Carbón 27000 (kJ/kg)
Corcho 20930 (kJ/kg)
Madera seca 19000 (kJ/kg)
Fuente: http://www.ref.pemex.com/octanaje
Corrosión a la Lámina de Cobre. Mediante la comprobación del
desgaste de una lámina de cobre se puede observar si existen en el
sistema compuestos corrosivos y/o presencia de ácidos que puedan
atacar al cobre o a aleaciones de cobre como el bronce que forman parte
del sistema de combustible.
76
Volatilidad.- Es la capacidad de pasar un líquido a estado de
vapor, en el caso de los combustibles va indicada por la relación aire /
vapor que puede establecerse a una temperatura correcta ya que para los
motores diesel la volatilidad se indica al 90% de la temperatura de
destilación, a medida que la volatilidad decrece aumenta los depósitos
carbonosos y podría darse una mayor cantidad de humo en el
funcionamiento del motor.
2.4. SISTEMAS DE FILTRADO.
Existen en los sistemas de combustible diesel dos tipos de filtrado: la
filtración paralela y la filtración enserie:
2.4.1. FILTRACIÓN PARALELA.
En este sistema figura 2.42, un medio filtrante especial bloquea el paso
de pequeñas cantidades de agua que se acumula formando otras más
pesadas, las cuales descienden a la taza recolectora junto con las demás
partículas de agua que se acumulan cuando el motor esta en reposo, el
sistema de filtración paralela (tipo CAV) produce un cambio brusco de
dirección del flujo en 1800, expulsando las partículas de agua hacia la
taza recolectora debido a su mayor peso específico con respecto al diesel,
el agua acumulada es eliminada a través de una válvula de drenaje y en
algunos filtros de tipo electrónico un sensor que va colocado en la parte
inferior del filtro detecta el nivel de agua que se encuentra en la taza y
enciende una luz de alerta en el panel de instrumento la cual indica que
es necesario realizar una purga o drenaje de agua acumulada en la parte
inferior del filtro o de ser el caso reemplazar el filtro.
Sus principales ventajas técnicas son: dar una mayor área de filtración
mediante un enrollado uniforme que permite triplicar el área filtrante
77
evitando así que exista espacios libres no cubiertos en el interior del filtro ,
una correcta separación de agua ya que el combustible es direccionado
en forma paralela al eje del tubo central para luego cambiar de dirección ,
y brindar una mayor protección ya que su carcasa es fabricada con
recubrimientos de zinc y el tubo central es hecho en nylon para así evitar
los problemas de corrosión
Figura N° 2.41 Filtro CAV
Fuente: http://www.filtroslys.com.pe/content/pagina.php?pID=493
Figura N° 2.42 Filtración Paralela y Filtración Radial de combustible
Fuente: http://www.filtroslys.com.pe/content/pagina.php?pID=493
78
2.4.2. FILTRACIÓN RADIAL.
Este tipo de sistemas de filtración, a diferencia del sistema de filtración
paralela, la separación de agua se la realiza a través del medio filtrante el
cual está compuesto por fibras de celulosa impregnadas con resina
famélica y un compuesto químico que bloquea las partículas de agua,
para luego precipitarse a un vaso recolector por su mayor densidad con
respecto al diesel, la carcasa del filtro cuenta con una válvula de drenaje
para poder evacuar el agua acumulada, este tipo de filtros se pueden usar
como filtros primarios o secundarios respetando las especificaciones del
fabricante del equipo.
2.5. FILTROS DE COMBUSTIBLE.
La función del filtro de combustible diesel figura 2.43, es la de proteger el
sistema de inyección en los vehículos diesel, los filtros diesel eliminan las
impurezas presentes en el combustible que pueden proceder de
diferentes fuentes:
• Contaminación durante la producción, el transporte, el
almacenamiento del combustible.
• Entrada de las partículas contaminantes a través del sistema de
ventilación del depósito de combustible.
• Contaminación con las impurezas y la oxidación presentes en el
depósito o en los conductos de combustible.
• Condensación de agua en el depósito de combustible debido a las
variaciones de temperatura.
Estos contaminantes pueden obstruir los sistemas de inyección,
provocando que el motor no funcione bien y presente daños, los
módulos de filtración diesel desempeñan también otras funciones
según los requerimientos específicos de cada aplicación:
79
calentamiento de combustible, regulación de la presión, cebado,
detección del nivel del agua.
Figura N° 2.43 Esquema de un sistema de combustible
Fuente: http://www.widman.biz/productos/filtros-combustible.html
Los fabricantes de motores diesel van siendo cada vez más exigentes en
los sistemas de filtrado, por lo que los fabricantes de filtros van innovando
procesos en la fabricación de filtros los cuales se van clasificando en: Los
que producen filtrado profundo y los que trabajan por filtrado en los
bordes.
Para el filtrado profundo se utiliza algún tipo de elemento que permite la
acumulación de partículas sin que se obstruya el elemento. En los filtros
de bordes se acumula en una capa de partículas que puede restringir el
paso del combustible por el filtro.
Las denominaciones anteriores se relacionan con el método de filtrado y
los filtros de tipo profundo se denominan por el material que se emplea en
el elemento siendo estos:
a.- Papel Plegado.- El elemento hecho con un papel con tratamiento
especial figura 2.44, es muy eficaz y de una gran superficie. Puede
retener partículas de unas 5 micras, el elemento no se puede limpiar y se
80
reemplaza a intervalos periódicos. El filtro de papel es quizá, el más
común.
Figura N° 2.44 Filtro de papel plegado
Fuente: http://portalautomotriz.blogspot.com/2012/10/filtro-de-aire-en-
motores-de-combustion.html
b.- Algodón y Fieltro (lana).- Estos materiales se utilizaban mucho
(figura 2.45), pero han sido sustituidos casi por completo por elementos
de papel que son más eficientes. El filtro de tela retiene partículas de unas
25 micras; el de fieltro (lana), de alrededor de 17 micras. Por lo general,
estos elementos se pueden lavar.
Figura N° 2.45 Filtro de algodón y fieltro
http://www.webfiltros.com/info/general/1-funcion-y-clasificacion-de-los-
filtros
81
c.- Metal Sinterizado.- Son elementos porosos de aleaciones metálicas
sinterizadas figura 2.46, por ejemplo bronce. Se sinteriza el metal en polvo
para formar un material poroso que deja pasar el combustible pero retiene
partículas de 10 a 20 micras. Una variante de este elemento es una malla
metálica comprimida.
Figura N° 2.46 Filtro de metal sinterizado
http://spanish.alibaba.com/product-gs/sintered-metal-powder-filter-
716678608.html
Para seleccionar un filtro de combustible adecuado para nuestro vehículo
se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Tamaño.- Se
debe elegir un filtro de combustible clasificado para el flujo, y no para el
índice del consumo del motor; en un motor diesel se debe conseguir un
filtro el cual debe tener un tamaño de acuerdo con el flujo de combustible
proyectado por el tamaño específico del motor. La regla empírica para
clasificar el filtro de un motor es el 10% del galón máximo de los iguales
de los caballos de fuerza por hora, se debe elegir un filtro de combustible
que sea un pedazo de gran tamaño para el galón proyectado por hora
porque dura más de largo que la que está en el tamaño exacto del filtro,
también un filtro de combustible que es demasiado pequeño restringe el
flujo de combustible y causa problemas de funcionamiento.
82
Los filtros de combustible, naturalmente generan una resistencia al flujo
del combustible conforme ellos llevan a cabo su trabajo de remover
contaminantes no deseados en el sistema de combustible, en los
sistemas de combustible, a diferencia de los sistemas de lubricación, no
tienen desvío (bypass) y consecuentemente conforme el flujo de
combustible a través del filtro disminuye puede resultar en un menor
desempeño del sistema de combustible y del motor. Se espera que el filtro
de combustible se tape durante su vida de servicio, debe de investigarse
el filtro y el suministro del combustible cuando se sospecha que el filtro
está teniendo menor tiempo de vida de la normal.
Algunos de los contaminantes encontrados en los combustibles de hoy
incluyen:
Agua - Es una gran preocupación, pues es la forma de
contaminación más común figura 2.47, el agua puede introducirse en
el diesel durante la carga, cuando el aire caliente cargado de
humedad se condensa en las paredes del tanque de combustible o
debido a malas prácticas de limpieza, los efectos del agua en el
diesel pueden ser serios. El agua puede causar un remordimiento en
el inyector, con lo cual se puede destruir un inyector, o reducir la
lubricidad del combustible lo cual causa trabados en las partes de
poca tolerancia tales como el pistón.
Figura N° 2.47 Filtro contaminado por agua
83
Fuente: http://www.widman.biz/productos/filtros-combustible.html
Una14 vez en el sistema, el agua puede ser removida por filtros o
dispositivos separadores de agua en línea, a largo plazo, para la
prevención de problemas asociados con el agua es mejor comprar
combustible de proveedores confiables capaces de entregar combustible
de alta calidad. Además los tanques de almacenamiento deben ser
mantenidos llenos para evitar condensación, y si es posible el combustible
debe ser tomado de la parte superior ya que el agua es más pesada que
el combustible y tiende a sedimentarse en el fondo de los tanques de
almacenamiento.
Hongos y Bacterias - Esos microorganismos figura 2.48, viven en el
agua y se alimentan de los hidrocarburos del combustible, llamados
abreviadamente Humbugs, esas activas y crecientes colonias
pueden dispersarse a través del sistema de combustible y tapar
rápidamente el filtro de combustible. El filtro puede llegar a tener una
capa de limo (partículas de barro, lodo, residuos carbonosos cuyas
partículas varian de 0.002 a 0.06 mm) sobre la superficie del medio
filtrante reduciendo dramáticamente la vida de servicio del filtro, las
bacterias pueden ser de cualquier color pero usualmente son
negras, verdes o cafés. Drenar el sistema reducirá la actividad
microbial pero no la eliminará, la única manera de eliminar el
crecimiento microbial una vez que se ha iniciado es limpiar y tratar el
sistema con un biocída.
14 http://www.widman.biz/productos/filtros-combustible.html
84
Figura N° 2.48 Filtro contaminado con bacterias
Fuente: http://www.widman.biz/filtracion/respiraderos.html
Cera - Los cristales de cera se forman como resultado de la
precipitación de la parafina a baja temperatura, las temperaturas
abajo del punto de enturbiamiento del combustible pueden resultar
en precipitación de la cera y taponamiento del filtro. Para prevenir
filtros tapados por precipitación de la cera, el punto de
enturbiamiento del combustible debe ser por lo menos -12 grados
Celsius (10 ºF) debajo de la menor temperatura exterior.
Alquitranes - Son componentes del asfalto que generalmente son
insolubles y comúnmente están presentes en cierto grado en todo
combustible diesel, esos alquitranes negros como la brea son duros
y frágiles y están hechos de moléculas largas, el combustible con un
alto porcentaje de alquitranes acortará drásticamente la vida del filtro
de combustible.
Sedimentos y otros Sólidos - A menudo llegan al tanque de
combustible y causan problemas figura 2.49, muchos sólidos pueden
ser removidos por sedimentación o filtración, los filtros de
combustible, diseñados para aplicaciones específicas removerán
esos contaminantes peligrosos antes que causen mayor desgaste y
daño al sistema.
85
Figura N° 2.49 Filtro contaminado con sedimentos y otros sólidos
Fuente: http://www.widman.biz/filtracion/respiraderos.html
2.6. FILTROS SEPARADORES DE AGUA (RACOR).
El sistema de filtros separadores de agua o RACOR figura 2.50, como
usualmente se los conoce, elimina el agua del combustible antes de que
llegue a la bomba de inyección y a los inyectores, esto evita la causa
principal de las fallas en el sistema de inyección de combustible diesel. El
filtro separador de combustible/agua alarga la vida del sistema eliminando
el reacondicionamiento de la bomba y de los inyectores causados por
combustible contaminado con agua, como ejemplo para reparar el sistema
de inyección en un motor de 6 cilindros, sólo el costo de mano de obra
excede el costo de un filtro separador de combustible diesel/agua.
86
Figura N° 2.50 Filtro separador de agua
1.- Chavetas elevadas, 2.- Resorte ondulado, 3.- Sello interior de
elastómero, 4.- Tubo central, 5.- Medio filtrante de alta eficacia, 6.- Caja
reforzada, 7.- Válvula de drenaje de auto venteo removible
Fuente: http://www.prodimsa.com/wp-content/uploads/2012/12/1-
cat%c3%a1logo-completo-dahl.pdf
La instalación de una unidad RACOR figura 2.51, reduce la necesidad de
reparar la bomba de inyección y los inyectores, que bien podría paralizar
el equipo en un motor estacionario o el motor en un vehículo por uno o
dos días ocasionando la pérdida de ingresos por unas pocas horas en la
paralización de los equipos, la mayoría de los contaminantes sólidos son
separados por el cono aliviador de presión, patentado, en la taza, antes
de llegar al elemento filtrante. Otro factor que resulta en menos cambios
frecuentes, es el papel adicional en el elemento filtrante, bajo condiciones
normales, el elemento filtrante puede durar hasta 64.000 km (40.000
millas).
87
El combustible sucio es parte de la vida, aún con la producción de
combustibles para una combustión más limpia, los contaminantes
continúan siendo una preocupación importante con respecto a los
sistemas de combustible.
Figura N° 2.51 Instalación de filtros primario y secundario
Fuente:http://www.prodimsa.com/wp-content/uploads/2012/12/1-
cat%c3%a1logo-completo-dahl.pdf
En la figura 2.51 , se ilustran los componentes de abastecimiento de
combustible, en la que se incluyen un filtro primario ( sedimentado ) para
separar el agua y los sólidos del combustible, un cebador manual para
purgar el aire del sistema después de darles servicio a los filtros, una
bomba elevadora que funciona cuando el motor está en marcha para
enviar combustible a la bomba de inyección, además, hay un filtro
secundario para el combustible antes de que llegue a la bomba de
inyección y una bomba de inyección tipo distribuidor.
Los filtros separadores de combustible diesel/agua que se encuentran en
la figura 2.52, tienen menos resistencia mecánica al flujo que otros
separadores, porque la dirección del combustible cambia solamente dos
veces. La unidad filtrante quita prácticamente del 95% al 98% con
partículas entre 10 a 50 micrones. El filtro secundario es el segundo filtro
en el sistema de combustible, normalmente está localizado entre el filtro
primario y el sistema de inyección de combustible, frecuentemente antes
88
de la bomba de inyección, típicamente el filtro secundario tiene una
eficiencia de 95% a 98% con partículas de 3 a 10 micrones.
Figura N° 2.52 Filtro Racor
Fuente: http://filtrosracor.com/combustible.html
2.6.1. COMO SELECCIONAR UN FILTRO RACOR.
Para elegir el tamaño correcto de un filtro racor tabla 2.7, que se acomode
a la velocidad de flujo recomendada (la velocidad de flujo máxima
indicada es solamente para efectos de comparación con otros sistemas),
para una filtración y separación más eficiente, se selecciona de la
columna ‘Recomendada’ (tabla 2.7).
Las velocidades de Flujo en Galones por Hora (GPH).- La siguiente
tabla son para Filtros/Separadores. Separadores (Recicladores) están
limitados por la capacidad de la bomba de inyección. Por ejemplo, una
sola unidad separadora 300 tiene una velocidad de flujo limitada a 180
GPH (U.S.), y una doble unidad separadora 300 tiene una velocidad de
flujo limitada a 360 GPH (U.S.)
89
Tabla N° 2.7 Selección de filtro Racor
Serie Recomendada Máxima Capacidad Sumidero
65 y 75 20 30 118 ml – 4 oz.
100 40 65 236ml – 8 oz.
100 Doble 80 130 472 ml – 16 oz.
150 80 100 236 ml – 8 oz.
150 Doble 160 200 472 ml – 16 oz.
200 120 200 708 ml - 24 oz.
200 Doble 240 400 1.416 ml – 48 oz.
300 180 325 708 ml – 24 oz.
300 Doble 360 650 1.416 ml – 48 oz.
300 Triple 540 975 2.124 ml – 72 oz.
500 1.800 1.920 41,6 L – 11 gal.
500 Doble 3.600 3.840 83,30 L – 22 gal.
Unidades
Múltiples
Multiplique la Velocidad de Flujo y la capacidad
del Sumidero por la Cantidad de Unidades
Fuente: http://www.prodimsa.com/wp-content/uploads/2012/12/1-
cat%c3%a1logo-completo-dahl.pdf
Figura N° 2.53 Tipos de series de Racor (marca de referencia DAHL)
Fuente: http://www.prodimsa.com/wp-content/uploads/2012/12/1-
Cat%C3%A1logo-Completo-DAHL.pdf
90
2.7. ADITIVOS PARA COMBUSTIBLE
Cómo usar aditivos de combustible diesel. Hay un montón de aditivos en
el mercado hoy en día que están diseñados para mejorar el rendimiento y
la eficiencia del combustible diesel. El combustible diesel es popular entre
aquellos que se preocupan por el medio ambiente, ya que produce menos
emisiones que los combustibles fósiles tradicionales. También puede ser
producido a partir de una amplia variedad de recursos renovables, tales
como el aceite vegetal y la soja. Debido a que el diesel se puede hacer de
muchas cosas diferentes, su calidad varía en consecuencia. Sin embargo,
si utilizas los aditivos adecuados, se puede lograr el máximo rendimiento
de tu combustible en todo momento.
Figura N° 2.54 Aditivos para el combustible diesel
Fuente: http://www.fixeda.com/wp/aditivos-y-limpiadores-de-combustible-
diesel/
91
CAPÍTULO III
3. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS
3.1. DISEÑO MECÁNICO DEL BANCO DE PRUEBAS.
En éste capítulo se muestra el resultado de la búsqueda del diseño más
adecuado para el banco de pruebas de bomba de inyección rotativa VP44
figura 3.55, con mandos electrónicos en Motores Diesel, acorde a cumplir
con todos los requerimientos de funcionalidad y de seguridad necesarios
para este tipo de equipos. Para lograr este cometido se partió de un
diseño preliminar de sus componentes mecánicos, los mismos que se
fueron optimizando durante la etapa de diseño, hasta llegar al diseño
definitivo que se describe en el presente capítulo.
Figura N° 3.55 Componentes del Banco de Pruebas
92
En la figura 3.55, se muestran los principales componentes que deben ser
parte del banco de pruebas:
(1) Tablero de control.
(2) Placa para soporte de las probetas.
(3) Placa para bloqueo de los inyectores.
(4) Placa soporte de los inyectores.
(5) Cámara de inyección.
(6) Acople bomba – motor.
(7) Motor de corriente Alterna.
(8) Filtro Racor.
(9) Filtro de Combustible.
(10) Bomba de Inyección.
(11) Ruedas.
(12) Estructura soporte del banco.
(13) Batería.
3.1.1. PARÁMETROS DE DISEÑO.
Partiendo de las especificaciones técnicas que tienen equipos semejantes
existentes en el mercado y tomando en cuenta los recursos económicos
disponibles para su construcción, se determinaron los principales
parámetros de diseño los mismos que se describen a continuación:
Potencia del motor de corriente alterna = 3 hp (2237,1 W)
Velocidad nominal de giro del motor =1750 rpm (183,2 rad/s)
Tipo de bomba rotativa de inyección = Bosch VP 44
Número de inyectores en la cámara = 4
Factor de seguridad mínimo requerido15 = 3
15 Robert L Mott, “Diseño de elementos de maquinas”. Pearson Educación ,
México, 2006 (ANEXO 5.5)
93
En función de estos parámetros y del fundamento teórico del capítulo
anterior, a continuación se procede con el diseño y la selección de los
diferentes componentes mecánicos del banco de pruebas.
3.1.2. DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS.
Cuando el banco de pruebas tiene un funcionamiento normal debe
soportar las siguientes cargas:
Fórmula N° 1 Torque transmitido por el motor ( ):
El torque que transmite el motor viene dado por:
Dónde:
= potencia del motor = 2237,1 W
= velocidad de giro del motor = 183,2 rad/s
= factor de servicio = 1.0 (para frenos bajo condiciones
promedio)
Peso del motor:
De acuerdo con las especificaciones del fabricante el peso del motor
es:
94
Peso del Tablero de Control:
Tomando en cuenta los diferentes componentes instalados en el
tablero de control, el mismo tienen un peso aproximado de:
Peso de la Bomba de Inyección:
De acuerdo con las especificaciones del fabricante el peso de la
bomba de inyección es:
Carga Transmitida por los Filtros:
En función del trabajo que realizan los filtros, la carga que transmite
cada uno de ellos es:
Fórmula N° 2 Peso del combustible (diesel):
El tanque de combustible tiene una capacidad de 4,5 galones
(17034 ml) y ya que el diesel tiene un peso específico de 0,88 gr/ml
(Anexo 1), el peso del combustible viene dado por:
95
Peso de la Cámara de Inyección:
Tomando en cuenta los diferentes componentes que deben ser
instalados en la cámara de inyección y luego de haber modelado y
ensamblado los mismos en SolidWorks, el software determina que la
cámara tiene un peso aproximado de:
Peso de la batería:
De acuerdo con las especificaciones del fabricante el peso de la
batería es:
3.1.3. DISEÑO DEL ACOPLE MOTOR – BOMBA.
Este elemento es el encargado de transmitir el torque que entrega el
motor hacia la bomba de inyección, por lo tanto debe ser capaz de
soportar dicho torque sin deformarse.
Modelado del Acople Motor - Bomba
Tomando en cuenta la función que debe cumplir este elemento
figura 3.56, se modela en SolidWorks el acople Motor – Bomba con
la geometría mostrada en el cuadro 2.
96
Figura N° 3.56 Modelo del Acople Motor - Bomba
Una vez modelado el acople motor - bomba en SolidWorks se
procede a realizar su análisis de esfuerzos en el programa
SolidWorks Simulation en función del material, cargas y restricciones
asignadas.
Materiales: Debido a que el torque que transmite el motor no es
muy elevado, este elemento se fabricará con acero AISI 1010 cuyas
propiedades se muestran en la siguiente tabla.
Tabla N° 3.8 Propiedades del acero estructural AISI 1010
MATERIAL RESISTENCIA A
LA FLUENCIA
RESISTENCIA
A LA TENSIÓN DENSIDAD
Acero AISI
1010HR 180 MPa 320 MPa 7850 kg/m3
Fuente: Shigley; Diseñó en Ingeniería Mecánica. Octava Edición; Pág.
1020
97
Asignación de Cargas y Sujeciones
El acople motor – bomba tiene una sujeción fija en el agujero para el eje y
el chavetero y estará sometido a un torque de 12,2 Nm, aplicado en las
caras laterales de superficies salientes, como se muestra en la figura
3.57.
Figura N° 3.57 Asignación de cargas y sujeciones al acople motor -
bomba
Mallado y Ejecución de Estudio de Diseño
Una vez asignadas las cargas y las sujeciones se procede a realizar
mallado del acople para luego ejecutar su estudio de diseño figura 3.58.
98
Figura N° 3.58 Mallado del acople motor - bomba
Resultados
A continuación se presentan los resultados obtenidos luego de ejecutar el
análisis de esfuerzos.
En la figura 3.59, se muestra la distribución del esfuerzo de Von Mises en
el acople motor - bomba y al analizarlo se determina que la máxima
tensión ocurre en la base de las superficies salientes con un valor de
30,07 MPa, pero al ser este valor menor que la resistencia a la fluencia
del acero AISI 1010, (AISI: American Iron and Steel Intitute), se concluye
que el acople resiste esta tensión sin fallar.
99
Figura N° 3.59 Tensión de Von Mises en el acople motor – bomba
Al analizar el figura 3.59 se observa que el desplazamiento máximo del
acople se produce en el extremo exterior de la superficie saliente, sin
embargo al ser su valor máximo igual 0,006 mm, este desplazamiento no
perjudica el buen funcionamiento del acople.
Con respecto al factor de seguridad, en la figura 3.60, se muestra su
distribución y se observa que su valor mínimo es de 5,99, valor que es
mayor que el mínimo recomendado de 3, por lo que se concluye que el
diseño es seguro.
100
Figura N° 3.60 Distribución del factor de seguridad en el acople
motor-bomba
3.1.4. DISEÑO DEL DISCO FLEXIBLE DEL ACOPLE.
Este elemento se instala entre los elementos del acople motor – bomba y
es el encargado de mantener sellado el matrimonio, así como el de
permitir cierto grado de desalineación entre el eje de motor y la bomba,
por lo tanto debe ser capaz de soportar el torque que transmite el motor.
Modelado del Disco Flexible
Tomando en cuenta la función que debe cumplir este elemento se modela
en SolidWorks el disco flexible, con la geometría mostrada en la figura
3.61.
101
Figura N° 3.61 Modelo del disco flexible
Material
Tomando en cuenta la magnitud de la carga que soporte este elemento se
fabricará con acrílico de medio impacto cuyas propiedades se muestran
en la siguiente tabla.
Tabla N° 3.9 Propiedades del acrílico medio impacto
MATERIAL
RESISTENCIA
A LA
FLUENCIA
RESISTENCIA
A LA
TENSIÓN
DENSIDAD
Acrílico de
medio impacto 45MPa 73MPa 1200 kg/m3
Fuente: Base de Datos de Materiales de SolidWorks
102
Asignación de Cargas y Sujeciones
El acople motor – bomba tiene una sujeción fija en el agujero central y
estará sometido a un torque de 12,2 Nm aplicado en las caras laterales
como se muestra en la figura 3.62.
Figura N° 3.62 Asignación de cargas y sujeciones al disco flexible
103
Mallado y Ejecución de Estudio de Diseño
Una vez asignadas las cargas y las sujeciones se procede a configurar el
mallado del disco, para luego ejecutar su estudio de diseño figura 3.63.
Figura N° 3.63 Mallado del disco flexible
Resultados
En la figura 3.64, se muestra la distribución del esfuerzo de Von Mises en
el disco flexible y se observa que la máxima tensión ocurre en el agujero
central, donde alcanza un valor de 10,58 MPa, pero al ser este valor
menor que la resistencia a la fluencia del acrílico, se determina que el
acople puede resistir esta tensión sin fallar.
104
Figura N° 3.64 Tensión de Von Mises en el disco flexible
En la figura 3.65, se observa que el desplazamiento máximo de en el
disco ocurre en las caras laterales de las ranuras del disco, sin embargo
al ser su valor máximo igual 0,119 mm, este desplazamiento no afecta el
adecuado funcionamiento del acople.
Figura N° 3.65 Desplazamientos resultantes en el disco flexible
105
La distribución del factor de seguridad en el disco flexible se muestra en la
figura 3.66, y se observa que su valor mínimo es de 4,25, valor que es
mayor que el mínimo recomendado de 3, por lo que se concluye que su
diseño es adecuado.
Figura N° 3.66 Distribución del factor de seguridad en el disco
flexible
3.1.5. DISEÑO DE LA CÁMARA DE INYECCIÓN
La cámara de inyección está constituida por varios elementos mecánicos
que permiten sujetar y manipular tanto los inyectores como las probetas
donde se inyecta el diesel, por lo tanto, es necesario que el bastidor de la
cámara de inyección soporte el peso de cada uno de estos componentes
y las cargas que se producen durante el proceso de inyección.
Modelado de la Cámara de Inyección
En base a las dimensiones de los diferentes elementos que componen la
cámara de inyección, esta se modela y ensambla en SolidWorks tal como
se muestra en la figura 3.67.
106
Figura N° 3.67 Modelo ensamblado de la Cámara de Inyección
Material.
Los diferentes componentes de la cámara de inyección serán fabricados
con planchas y platinas de Acero estructural ASTM A36 (ASTM:
Association for Testing Materials) cuyas propiedades se muestran en la
siguiente tabla.
Tabla N° 3.10 Propiedades del acero ASTM A36
MATERIAL
RESISTENCIA
A LA
FLUENCIA
RESISTENCIA A
LA TENSIÓN DENSIDAD
Acero ASTM A36 248MPa 400MPa 7850 kg/m3
FUENTE: Robert Mott; Diseño de Elementos de Maquina; Cuarta Edición.
107
Asignación de Cargas y Sujeciones
La cámara de inyección figura 3.68, debe soportar el peso de cada uno de
sus componentes así como también el peso de los cuatro inyectores con
las respectivas cargas que generan durante el proceso de inyección (10 N
cada uno), y el peso de las probetas que acumulan el diesel inyectado (4
N cada una), las mismas que se aplican en los puntos de sujeción de
cada uno de ellos.
Figura N° 3.68. Asignación de cargas y sujeciones a la Cámara de
Inyección.
108
Mallado y Ejecución de Estudio de Diseño
Una vez configurado un tipo y tamaño de malla adecuado figura 3.69,
para la cámara de inyección se procede a ejecutar su estudio de diseño,
obteniéndose los resultados mostrados en los cuadros siguientes.
Figura N° 3.69 Mallado de la Cámara de Inyección
Resultados
Figura N° 3.70 Tensión de Von Mises en la Cámara de Inyección
109
La distribución de tensiones de Von Mises en la Cámara de Inyección se
muestra en la figura 3.70, donde se observa que el esfuerzo máximo tiene
un valor de 49,78 MPa y se produce en la parte media de la placa soporte
de los inyectores, sin embargo este esfuerzo es menor que el límite de
fluencia del material, por lo que se concluye que este elemento resiste
dicho esfuerzo sin fallar.
En la figura 3.71, se presenta los desplazamientos resultantes que se
producen en la Cámara de Inyección y el valor máximo se produce en la
parte media de la placa soporte de los inyectores, sin embargo al ser su
valor máximo igual 1,95 mm, este desplazamiento no compromete el
adecuado funcionamiento del banco de pruebas.
Figura N° 3.71 Desplazamientos resultantes en la Cámara de
Inyección
La distribución del factor de seguridad en el disco flexible se muestra en la
figura 3.72, y se observa que su valor mínimo es de 4,25, valor que es
mayor que el mínimo recomendado de 3, por lo que se concluye que su
diseño es adecuado.
110
Figura N° 3.72 Distribución del factor de seguridad en la Cámara de
Inyección
3.1.6. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA SOPORTE DEL BANCO.
Con el fin de agilizar el proceso iterativo de diseño, se utilizó el programa
SolidWorks Simulation, para con su ayuda, realizar de forma rápida y
precisa el análisis de esfuerzos de las diferentes alternativas de diseño
hasta llegar a obtener las dimensiones, formas y perfiles más adecuados
que garantizan un funcionamiento satisfactorio y seguro del Banco de
Pruebas de Bombas de Inyección VP 44 bajo condiciones críticas de
operación.
Modelado de la Estructura Soporte del Banco de Pruebas
Buscando la mejor disposición para los diferentes elementos que forman
parte del banco de pruebas y tomando en cuenta el tamaño, peso y carga
que cada uno de estos generan, se modelo la estructura soporte del
banco con la geometría que se muestra en la figura 3.73.
111
Figura N° 3.73 Modelo de la estructura soporte del banco de pruebas
Material.
Para la fabricación de la estructura soporte se utilizarán diferentes tipos
de perfiles estructurales y planchas de acero comercial existente en el
mercado nacional, por lo tanto, el material que se utilizará es Acero ASTM
A36.
Tabla N° 3.11 Propiedades del acero ASTM A36
MATERIAL
RESISTENCIA
A LA
FLUENCIA
RESISTENCIA
A LA
TENSIÓN
DENSIDAD
Acero ASTM A36 248MPa 400MPa 7850 kg/m3
Fuente: Robert Mott; Diseño de Elementos de Maquina; Cuarta Edición,
Pág. A16
112
Asignación de Cargas y Sujeciones
La estructura soporte debe resistir las diferentes cargas que se generan
por el proceso de inyección y el peso de cada uno de los componentes
del banco, aplicados en los puntos de apoyo o sujeción de los mismos, tal
como se muestra en la figura 3.74.
Figura N° 3.74 Asignación de cargas y sujeciones a la estructura soporte
del banco de pruebas
113
Mallado y Ejecución de Estudio de Diseño
Luego de seleccionar y configurar el tipo y tamaño de malla más
adecuado para la estructura soporte figura 3.75, se procede a ejecutar su
estudio de diseño y los resultados obtenidos se muestran en los cuadros
siguientes.
Figura N° 3.75 Mallado de la estructura soporte del banco de
pruebas
114
Resultados.
En la figura 3.76, se presenta la distribución de esfuerzos de Von Mises
en la estructura soporte, donde se puede observar que la máxima tensión
se produce en la parte media del perfil Omega que soporta el grupo motor
– bomba y su valor es de 63,36 MPa, pero al ser este valor menor que la
resistencia a la fluencia del acero ASTM A36, se determina que el acople
resiste esta tensión sin fallar.
Figura N° 3.76 Tensión de Von Mises en la estructura soporte del
banco de pruebas
La distribución de desplazamientos resultantes en la estructura soporte se
muestra en la figura 3.77, donde se observa que el desplazamiento
máximo tiene un valor de 0,645 mm y ocurre en la esquina posterior de la
115
base que sostienen al motor eléctrico, por lo que el disco flexible de
acrílico en el acople bomba – motor debe compensar este desplazamiento
para no afectar el funcionamiento adecuado del banco de pruebas.
Figura N° 3.77 Desplazamientos resultantes en la estructura soporte
del banco de pruebas
En cuanto al factor de seguridad su distribución se muestra en la figura
3.78, donde se aprecia que las zonas críticas se encuentran en las bases
que sujetan a la bomba y al motor, siendo su valor mínimo igual a 3,95,
por lo que al ser este valor mayor que el factor de seguridad mínimo
recomendado de 3, se concluye que la estructura soporte de banco de
pruebas, puede resistir todas las cargas a las que está sometido sin fallar.
116
Figura N° 3.78 Distribución del factor de seguridad en la estructura
soporte del banco de pruebas
3.2. DISEÑO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO
En la construcción de un circuito hidráulico de alta presión figura 3.79, se
tomó aspectos fundamentales como son: en número de inyectores, el tipo
de bomba, la presión de la bomba de inyección para de esta manera
seleccionar el material correcto para la construcción de las cañerías
metálicas.
117
Figura N° 3.79 Elementos del circuito hidráulicos de alta presión
Fuente: http://automotrizenvideo.com/funcionamiento-basico-del-sistema-
common-rail-articulo/
En lo concerniente al sistema de baja presión de combustible por lo
general se utiliza cañerías plásticas y cañerías de caucho NBR (muy
resistentes a los combustibles) figura 3.80, la cual forma la primera capa
interior, teniendo un refuerzo trenzado helicoidal de poliamida, y poseen
un recubrimiento resistente al calor, a la intemperie y al desgaste
soportando presiones de 20 bares y trabajan con temperaturas desde -
30oC a 115oC y deben cumplir con normas ISO 1307, DIN 73379 (DIN:
Instituto Alemán de Normalización ) y F-902168.
118
Figura N° 3.80 Cañería de nylon del circuito de baja presión
Fuente: http://www.fixeda.com/wp/tag/trenzada/
119
3.3. DISEÑO DEL CIRCUITO ELÉCTRICO
Figura N° 3.81 Diagrama de Circuito del EMC
Este diagrama representa básicamente a la conexión entre la ECM al
socket de datos de la unidad de control de la bomba VP 44.
120
Figura N° 3.82 Diagrama de Conexiones del ECM
Este diagrama representa a todas las conexiones necesarias que necesita
la unidad de control de la bomba VP 44 con sus respectivos colores y
diferente numero de pin que son enviados desde la ECM, y al mismo
tiempo cuenta con un relé principal del módulo de control del motor.
121
Figura N° 3.83 Diagrama de Conexiones del ECM
M
10 A
220 V
3 Fases
VFD
2 HP
BOMBA DE
INYECCION
Figura N° 3.84 Diagrama de Control de Bomba de Inyección
122
Figura N° 3.85 Diagrama General
123
CAPÍTULO IV
4. CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
Para la construcción del banco de pruebas debemos de tener en cuenta
los elementos que van a ir colocados en el mismo como son: bomba de
inyección, motor eléctrico, probetas recolectoras, panel de control, tanque
de combustible, sistema de alimentación, batería para el sistema eléctrico,
para así determinar su tamaño.
Como primer paso se construye la estructura del banco de pruebas
utilizando tubo cuadrado estructural, plancha de tol, las cuales van unidas
mediante proceso de soldadura SMAW y madera figura 4.86, además se
utiliza garruchas para poder movilizar el banco de pruebas.
Figura N° 4.86 Proceso de soldadura al arco eléctrico SMAW
(electrodo revestido) utilizado en la construcción de la estructura del
banco.
124
Figura N° 4.87 Estructura del banco de pruebas
Para la instalación de los elementos de inyección y de medición figura
4.88, de combustible se utilizo una estructura metálica en la cual van
instaladas dos platinas, la una para el soporte de los inyectores y la otra
soportara las probetas de medición.
Figura N° 4.88 Estructura para la inyección y medición de
combustible.
Para la recolección del combustible se utilizo probetas de cristal de 50 cc.
Figura 4.89, sujetadas con correas plásticas a la platina protectora que va
instalada en la estructura metálica
125
Imagen A Imagen B
Figura N° 4.89 Platina porta inyectores (A), probetas de medición (B)
Para almacenar el combustible diesel utilizado para el funcionamiento del
banco de pruebas se construyó un deposito metálico de
aproximadamente 3 galones el cual va sujetado en la parte interior de la
estructura figura 4.90, dicho depósito cuenta con una tapa de seguridad la
cual nos permite completar el combustible y evitar contaminaciones hacia
el interior del depósito.
Figura N° 4.90 Depósito de combustible.
Para colocar los instrumentos y accesorios eléctricos fue necesario
construir una estructura metálica en el extremo del banco de pruebas
figura 4.91, aquí van colocados el variador de frecuencia, interruptores de
126
encendido, break de protección, toma corrientes de energía industrial
220V
Figura N° 4.91 Estructura del panel eléctrico
A B C D
Figura N° 4.92 Variador de frecuencia (A), interruptores de
encendido (B), break monofásico de encendido (C) , toma corriente
industrial de 220 V (D)
Para la colocación del motor eléctrico y de la bomba VP44 figura 4.93,
sobre la superficie plana del banco de pruebas, se construyó 3 bases
metálicas de las cuales dos fueron utilizadas en la bomba inyección y la
restante sujeta el motor eléctrico; para unir el motor a la bomba se
construyó dos bridas de sujeción, separadas mediante un amortiguador
de vibración el cual fue construido con acrílico (duralon).
127
Figura N° 4.93 Instalación y acoplamiento de motor eléctrico y
bomba de combustible VP44
Para la purificación del combustible utilizado en el banco de pruebas se
instaló dos elementos de filtrado que en el proceso de estudio se los
conoce como filtro primario figura 4.94 y filtro secundario figura 4.95, en el
primer caso se instaló la base del RACOR en la estructura utilizando
pernos M8 para su sujeción.
Figura N° 4.94 Instalación de la base del filtro primario
128
De igual manera para la instalación del filtro secundario se utilizó pernos
M8 para fijar la base en la estructura del banco de prueba.
Figura N° 4.95 Instalación de la base del filtro secundario
Para las conexiones hidráulicas se utilizó mangueras detalladas de la
siguiente manera:
Conexión de bomba de combustible interna en el tanque hacia el
filtro RACOR se utilizó manguera plástica de ¼ pulg
Desde el filtro primario al secundario se utilizó manguera plástica
con revestimiento de lona de ¼ pulg
Del filtro secundario hacia la bomba de combustible VP 44 se utilizó
manguera plástica de ¼ pulg
Para la medición del manómetro se utilizó manguera plástica con
revestimiento de lona
Para el retorno de combustible de la bomba de inyección VP 44
hasta el tanque de combustible se utilizó manguera plástica de ¼
pulg.
Para todas las instalaciones eléctricas se utilizó cable número 12
AWG.
129
4.1. CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA ROTATIVA
A diferencia de la bomba de inyección en línea, la rotativa del tipo VE no
dispone más que de un solo cilindro y un solo émbolo distribuidor, aunque
el motor sea de varios cilindros. La lumbrera de distribución asegura el
reparto de combustible, entre las diferentes salidas correspondientes al
número de cilindros del motor, por el émbolo de la bomba. El campo de
aplicación y el diseño de la bomba viene determinado por el número de
rpm, la potencia y el tipo de construcción del motor diesel. Las bombas de
inyección rotativas se utilizan principalmente en automóviles de turismo,
camiones, tractores y motores estacionarios.
4.2. CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA ROTATIVA VP44
Bomba rotativa Bosch radial VP44 figura 4.96, posee los siguientes
elementos para su funcionamiento:
Actuador de dosificación.
Sensor de rpm y posición de la bomba.
Unidad de control electrónica de la bomba.
Electroválvula de comienzo de inyección.
Este tipo de bombas no posee cable de acelerador, el caudal es
manejado por un sistema electromecánico.
El sistema comanda no solo el avance al comienzo de la inyección, sino
que también el caudal de dosificación, además este sistema maneja el pre
y post calentamiento de las bujías, la desactivación del aire acondicionado
en el caso de tenerlo, el sistema de recirculación de gases de escape, el
ralentí, la presión del turbo y posee un conector de diagnóstico con
scanner.
130
La carcasa está construida de aluminio y hierro fundido sus materiales
internos son construidos en acero inoxidable, las tomas de ingreso y
salida de combustible de igual manera son construidas de acero al igual
que las cañerías que conectan a los inyectores puesto que estas últimas
soportan grandes presiones.
Figura N° 4.96 Bomba de Inyección Electrónica VP44
4.3. CARACTERÍSTICAS DE LA FUENTE DE PODER.
En la construcción del banco de pruebas se utilizó dos tipos de fuente de
poder, la una está a cargo de una batería de 12 V figura 4.97. La cual
acciona a la bomba eléctrica que se encuentra dentro del tanque de
combustible y da energía a la parte electrónica, la otra fuente de poder
proviene de una toma eléctrica de 220 V monofásico la cual da
movimiento al motor eléctrico el cual es controlado mediante un variador
de frecuencia instalado en el panel de control.
En el caso de la batería de 12 V, es un dispositivo electroquímico que
transforma energía química en energía eléctrica y viceversa, una batería
almacena energía eléctrica para el uso cuando es necesario, este proceso
131
de transformación es reversible, lo que significa que la batería puede ser
cargada y descargada varias centenas de veces.
Figura N° 4.97 Batería 12 V
Fuente:
http://www.conauto.com.ec/index.php?option=com_content&task=view&id
=21&itemid=28
Los parámetros y desempeño de una batería están dados por los
siguientes aspectos:
Voltaje de Celda.- Este voltaje de celda es la diferencia entre los
potenciales que son generados entre las placas positivas y negativas en
el electrolíto. Esos potenciales dependen de los materiales con los que
son fabricadas las placas, de la calidad del electrolíto y de su
concentración. El voltaje de una celda no es un valor constante, sino que
depende del estado de la carga (densidad del electrolíto) y de la
temperatura del electrolíto.
Voltaje Nominal.- El voltaje nominal de la batería es el resultado de la
multiplicación de los voltajes de las celdas individuales por el número de
celdas conectadas en serie. El voltaje nominal de las baterías de arranque
es de 12 V.
132
Voltaje de Circuito Abierto (OCV).- El voltaje de circuito abierto (o
tensión fuera de carga, tensión sin carga) es el voltaje de la batería sin
carga. El OCV cambia después del fin de los procesos de carga o
descarga debido a la polarización y efectos de difusión. El voltaje se
obtiene a través de la adición de los valores de los voltajes específicos de
cada celda.
Capacidad Disponible.- La capacidad es la cantidad de potencia
eléctrica que la batería consigue suministrar en determinadas
condiciones. Ella es el producto de la corriente y del tiempo (amperio-
hora, Ah). Sin embargo, la capacidad no es un parámetro fijo.
Capacidad Nominal.- Para poder comparar las baterías de arranque
entre sí, sus capacidades nominales son definidas de la siguiente forma:
La capacidad nominal es una medida para la energía que puede ser
almacenada por una nueva batería. Esa capacidad depende de la
cantidad del material activo usado en la batería y de la densidad del
electrolíto.
Desempeño de Arranque en Frío.- La corriente de arranque en frío o los
amperios de arranque en frío son la medida de su capacidad de arranque,
pues ellos representan un drenaje de corriente en temperaturas bajas. Por
ejemplo para seleccionar la batería de arranque correcta para un auto, se
debe considerar que la capacidad y el desempeño de arranque en frío
deben estar correctos, lo que significa que la batería no debe ser
demasiado pequeña. Si la batería tiene el tamaño incorrecto, hay riesgo
de que ella no tenga energía suficiente para dar el arranque en el motor y
se debe tomar en cuenta los accesorios que tenga el vehículo (neblineros,
luces led, alarmas, equipos de audio) para seleccionar la batería correcta.
133
Tasa de Capacidad de Reserva.- La tasa de capacidad de reserva es el
período de tiempo en minutos durante el que una batería nueva y
totalmente cargada consigue suministrar 25 Amp en 27º C, manteniendo
un voltaje de terminal de 1,75 V o mayor por celda (10,5 V para una
batería de 12 V). Esa tasa representa el período de tiempo durante el que
la batería consigue operar accesorios esenciales si el alternador del
vehículo falla.
Auto descarga.- Todas las baterías con ácido se auto descargan, tanto si
son usadas como si son almacenadas, aunque ningún consumidor esté
conectado a la batería, las reacciones químicas siguen ocurriendo, como
en un circuito eléctrico interno cerrado. La auto descarga es causada por
impurezas como: El Antimonio que es usado como aleación para
endurecer las rejillas de plomo, es una de esas impurezas metálicas que
causa la auto descarga, además hay ciertos factores que aceleran este
proceso como son: Temperatura (una temperatura más alta acelera los
procesos químicos en la batería plomo-ácido, lo que aumenta la tasa de
auto descarga), edad de la batería (cuanto más vieja sea la batería, mayor
será la tasa de auto descarga), humedad (una alta humedad resulta en
una tasa de auto descarga mayor)
Figura N° 4.98 Características de Auto Descarga
134
4.4.- MÓDULO DE ACTIVACIÓN DE LA BOMBA
La bomba de inyección Bosch VP44 está controlada electrónicamente ya
que el controlador de bomba se combina con la bomba de inyección.
Las señales procedentes del controlador de la bomba se envían al módulo
de control del motor (ECM) figura 4.99. En respuesta a estas señales, el
ECM selecciona la distribución de inyección de combustible óptima y el
volumen para las condiciones de conducción existentes.
Figura N° 4.99 ECM D-MAX 3.0
La unidad de control de la bomba tiene como elemento principal un
mecanismo dosificador, esta unidad controla el variador de avance para
ajustar el comienzo de alimentación deseado (regulación del comienzo de
inyección). Para la regulación de la posición del variador de avance se
necesita que la unidad de control de bomba procese los impulsos de los
sensores de revoluciones de RPM o ángulo de rotación del motor,
teniendo a estas como marcas de referencia.
135
El caudal de inyección preestablecido por la unidad de control del motor
es transformado en una duración de la activación para la electroválvula de
alta presión, la cuota de inyección (caudal de inyección por cada grado
del árbol de levas) se considera también en la activación de la
electroválvula de alta presión. La unidad de control del motor está
integrada en el concepto de seguridad del sistema EDC
(Electronic Diesel Control), por su comunicación con la unidad de control
del motor.
El sistema EDC debe cumplir las siguientes características:
Altas presiones de inyección.
Conformación del desarrollo de inyección.
Comienzo de inyección variable.
Inyección previa.
Caudal de inyección, presión de sobrealimentación y adaptación a
todos los estados de servicio.
Caudal de arranque dependiente de la temperatura.
Regulación del régimen de ralentí independiente de la carga.
Regulación de la velocidad de marcha.
Retroalimentación regulada de gases de escape.
Tolerancias reducidas del momento y caudal de inyección, y alta
presión durante toda la vida útil del automóvil.
La unidad de control de la bomba está montada directamente sobre la
bomba y ejecutada en técnica micro-híbrida, está equipada con un
conector de nueve polos que une la unidad de control de bomba con la
unidad de control del motor, y a través de la cual se produce la
comunicación entre ambas unidades. La unidad de control de bomba es
refrigerada por el combustible que pasa por el canal debajo de la caja de
la unidad de control.
136
Como entradas directas de los sensores de la bomba de inyección, solo
están las señales de medición del sensor de ángulo de rotación (señal
DWS) y del sensor de temperatura de combustible. Además está la señal
del sensor de revoluciones del cigüeñal pre evaluada por la unidad de
control del motor, para su procesamiento interior.
4.5. ACOPLAMIENTO DE LOS ELEMENTOS
Para empezar el acoplamiento de los elementos que conformaran nuestro
banco de pruebas iniciamos colocando la estructura del porta inyectores
sobre la mesa de trabajo figura 4.101.
Figura N° 4.100 Mesa de trabajo
137
Figura N° 4.101 Vista frontal y posterior de la porta inyectores
Seguidamente se empezó a colocar la base del porta inyectores figura
4.102, y se instaló los 4 inyectores, posteriormente se colocó la base de
las probetas para la recolección y medición del combustible.
Figura N° 4.102 Instalación de inyectores y porta probetas
Para poder instalar las probetas de vidrio figura 4.103, las cuales eran de
80 cc se las corto a un tamaño adecuado de 50 cc para la ubicación
correcta en la base de las mismas.
138
Figura N° 4.103 Instalación de probetas
Algo fundamental del banco fue la instalación del sistema de filtrado de
combustible para la cual utilizamos dos bases, la una para el filtro primario
y la otra para el filtro secundario figura 4.104.
Se utilizó dos filtros de las siguientes referencias DELPHI HDF-296 y otro
para el filtrado primario y secundario respectivamente
Figura N° 4.104 Filtro primario (A) filtro secundario (B)
Para el accionamiento de nuestra bomba VP44 se utilizó un motor de 220
voltios con una potencia de 3 HP el mismo que va colocado sobre unas
139
bases metálicas las cuales están colocadas sobre la mesa del pedestal,
para poder conectar el motor con la bomba se construyo una brida
metálica tipo "c” a la cual está unida un empaque cilíndrico de acrílico
(duralon) con 1cm de espesor el cual sirve para amortiguar las vibraciones
que genera el motor en su funcionamiento figura 4.105.
Figura N° 4.105 Brida de conexión (A) Anti vibrador (B)
Para la instalación de la bomba VP44 se utilizo dos bases metálicas las
cuales se colocaron sobre la mesa del banco de pruebas figura 4.106, en
una platina se realizó un orificio para poder colocar la bomba a una altura
determinada, para que de esta manera el eje central de la bomba quede
alineada con el eje del motor eléctrico para lograr un correcto
funcionamiento.
Figura N° 4.106 Instalación y acoplamiento de la bomba VP44
140
Para realizar las instalaciones hidráulicas figura 4.107, para el
funcionamiento del banco de pruebas se utilizaron: manguera plástica,
manguera plástica con recubrimiento de lona y cañerías metálicas de
acero, para el primer caso estas fueron utilizadas en la conexión desde el
depósito de combustible hacia el filtro primario, de igual manera se utilizó
la manguera plástica para la conexión entre los dos filtros, también se
utilizó este tipo de material para la conexión entre el filtro secundario y la
bomba de combustible.
Figura N° 4.107 Conexión entre el depósito y los filtros de
combustible
141
Figura N° 4.108 Conexión entre los filtros y la bomba VP 44
Finalmente se instaló cañerías de acero de alta presión entre la bomba y
los inyectores figura 4.108, cabe recalcar que estas cañerías son todas
del mismo tamaño pese a las diversas formas que tienen estas cañerías
ya que de esta manera se obtiene el mismo tiempo en la entrega del
caudal de la bomba hacia los inyectores.
Figura N° 4.109 Instalación de cañerías de acero entre la bomba
VP44 y los inyectores
142
Nuestro banco de pruebas para su accionamiento necesita un tablero con
mandos eléctricos figura 4.110, para ello en un costado de la estructura
instalamos el variador de frecuencia, el cual nos va a permitir controlar las
revoluciones del motor, sea incrementando o disminuyendo las mismas,
se colocó los interruptores de encendido que nos permiten activar el
sistema eléctrico de la bomba de combustible y dar corriente a la ECU
recibiendo corriente eléctrica de la batería de 12 Voltios y también se
instaló un break monofásico de encendido que nos permite el acceso a la
corriente eléctrica industrial de 220 Voltios, la cual acciona el motor
eléctrico.
Figura N° 4.110 Panel frontal eléctrico: variador de frecuencia,
interruptores de encendido, break monofásico
Las instalaciones eléctricas fueron realizadas utilizando cable eléctrico
simple 12 AWG (American Wire Gauge) y terminales de conexión como
se muestra en la figura 4.111.
143
Figura N° 4.111 Instalaciones eléctricas
Figura N° 4.112 Acoplamiento de la ECU
144
Figura N° 4.113 Socker de conexión de la bomba VP44
4.6.- FUNCIONAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS
Este banco de pruebas nos sirve para realizar una experimentación, para
la simulación del funcionamiento de la Bomba VP44 figura 4.114, ya que
podemos variar su caudal de entrega al aumentar o disminuir sus
revoluciones mediante el funcionamiento del circuito eléctrico. Este banco
de pruebas utiliza un módulo electrónico que esta implementado en los
vehículos convencionales pero para el efecto del banco de pruebas no se
utiliza todos sus pines de conexión si no los necesarios para la conexión
de la VP44.
145
Figura N° 4.114 Banco de pruebas armado completo
Para empezar el funcionamiento del banco de pruebas se debe tomar en
cuenta los siguientes aspectos como son:
• Aseguramiento correcto del banco de pruebas en su lugar de
trabajo.
• Una correcta fijación de la bomba al banco de pruebas.
• Realizar un ajuste de las cañerías tanto de baja como de alta
presión.
• Verificar que no exista fisuras en las probetas.
• Purgar el sistema hidráulico.
• Realizar la conexión del socker de la bomba de inyección
• Verificar que no exista anomalías eléctricas como cables rotos,
empalmes flojos y que todos los break estén en posición 0 (cero) ó
posición OFF
• Verificar que la fuente de alimentación de 220 voltios esté disponible
y comprobar el estado de la batería en la cual debe haber una
corriente de 12 V
146
Luego de haber realizado estas verificaciones previas se procede a
conectar el banco de pruebas a la alimentación trifásica, posteriormente
se acciona el break trifásico de 20 Amperios, para que, de esta manera
quede energizado el variador de frecuencia del banco de pruebas,
seguidamente se enciende la bomba eléctrica la cual funciona con
corriente de 12 voltios, posteriormente se energiza la ECU mediante el
accionamiento de un pulsador que se encuentra ubicado en el tablero de
control, para finalmente comenzar a variar las revoluciones del motor,
para así empezar accionar la BOMBA ELECTRÓNICA VP44 y ver el
caudal entregado por la bomba de acuerdo a las revoluciones de prueba.
4.7. PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO.
Luego que se ha revisado todos los aspectos principales para dar el
arranque al banco de pruebas se debe de tomar en cuenta lo siguiente: la
bomba debe funcionar en estado real, esto quiere decir que trabaja con
un mínimo y un máximo de RPM las cuales van dadas por el
accionamiento del motor eléctrico, teniendo en cuenta los siguientes
valores como referencia en la toma de medida en las probetas y los
valores de presión en el manómetro como nos indica en la tabla 4.12.
147
Tabla N° 4.12 Tabla de Parámetros de Funcionamiento.
RPM TIEMPO CAUDAL
500
30
SEGUNDOS
15 CC
750
30
SEGUNDOS
24 CC
1.000
30
SEGUNDOS
30 CC
1.250
30
SEGUNDOS
36 CC
4.8.- MANUAL DE MANTENIMIENTO
La frecuencia de los trabajos de mantenimiento del banco de pruebas
depende de la frecuencia que se utilice dicho banco.
Como primer paso del Manual de mantenimientos se debe siempre purgar
el sistema de combustible para evitar un mal funcionamiento de la bomba
y una lectura errónea en las probetas de recolección figura 4.115, el
purgado del sistema se lo hace aflojando el perno de la base del filtro,
seguido de esto se acciona la bomba de presión que va colocada en el
interior del tanque de combustible hasta que salga todo el aire del circuito
y posteriormente de esto se vuelve apretar el perno de purga y se
148
desactiva la bomba eléctrica, se reajusta todas las uniones de cañerías
para evitar el ingreso de aire en el sistema de combustible.
Figura N° 4.115 Purga del filtro de combustible
Perno que debe aflojarse para la purga (1) tornillo de purga (2) tornillo de
drenaje (3)
La evacuación del agua condensada en el RACOR se realiza cada cierto
tiempo de trabajo, o cuando el nivel de agua llegue al indicador máximo
del RACOR, debiendo realizar el reemplazo del RACOR y del filtro de
combustible cada 100 horas de trabajo. Además se debe realizar una
limpieza del reservorio de combustible conjuntamente con el cambio de
filtros.
Se debe realizar una limpieza de las probetas figura 4.116, antes de la
utilización del banco de pruebas para así evitar la contaminación del
combustible con silicio (arena) ya que un combustible contaminado
deteriora aún más rápido los filtro y peor aún puede causar daños a la
bomba de inyección, este trabajo se lo debe realizar con la ayuda con un
cepillo cilíndrico.
1 2
3
149
Figura 4.116.- Limpieza de probetas
Fuente: http://www.fecin.es/industrial.php?prod=p_f13&vinculo=industrial
Se debe verificar todas las conexiones eléctricas tanto del motor como de
la fuente de poder ya que si existiera alguna mala conexión se podría
realizar un corto circuito y ocasionar daños en el banco de pruebas o
peor aún accidentes laborales tomando en cuenta que este último detalle
puede ser fatal ya que se maneja una corriente de 220 voltios, cuando ya
se deja de utilizar el banco de pruebas se recomienda colocar un cobertor
el cual evitará que penetre polvo o agua.
En lo concerniente a los instrumentos y cables eléctricos se los debe
comprobar periódicamente utilizando un aparato de comprobación
magnética el cual es apropiado para verificar voltaje, amperaje y
continuidad figura 4.117
Figura 4.117.- Pinza amperimétrica (A) medición de voltaje (B)
Fuente: http://www.electronicalugo.com/index.php?main_page
150
CAPÍTULO V
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
Al terminar el presente trabajo se pone en consideración las
siguientes conclusiones a fin de que sea considerado como ayuda
en el manejo del banco de prueba de la Bomba VP 44
Se definió el circuito electrónico que dispone la bomba para su
funcionamiento en el vehículo CHEVROLET D-MAX 3.0
Se evaluó los rangos de entrega de combustible a medida de que se
varía las revoluciones.
Se determinó el circuito eléctrico pora el funcionamiento del banco
de pruebas
De acuerdo a los valores de las probetas podemos determinar si hay
un mayor consumo en altas o en bajas revoluciones ya que de existir
valores de consumo muy exagerados darían como resultado un
daño en los elementos internos de la bomba.
5.2. RECOMENDACIONES
Se debe aislar todo tipo de corriente eléctrica de la ECU para evitar
daños en sus circuitos internos.
Se debe utilizar instrumentos de comprobación eléctrica antes de dar
inicio al funcionamiento del banco de pruebas
151
Se debe dar un mantenimiento periódico al sistema de combustible.
Procurar que no exista presencia de humedad en los aparatos
eléctricos ya que puede haber accidentes laborales al manejar
corriente de 220 voltio
Utilizar guantes de protección puesto que se maneja con
hidrocarburos y estos pueden ocasionar riesgos de salud y al mismo
tiempo nos protegerán de la corriente eléctrica.
5.3. BIBLIOGRAFÍA
Robert L Mott, “Diseño de elementos de maquinas”. Pearson
Educación, México, 2006
Shigley; Diseñó en Ingeniería Mecánica. Octava Edición
Robert Mott; Diseño de Elementos de Máquina; Cuarta Edición
Albert Marti Parera “ Inyección Electrónica en Motores Diesel”
España 2008
Juan Miralles de Imperial “ Bombas de Inyección Diesel” España
2010
SolidWorks 2014
http://www.aficionadosalamecanica.net/curso-bomba-linea.htm
http://es.scribd.com/doc/40282549/sistema-de-combustible
http://es.scribd.com/doc/32150583/6-Motor-Diesel-Bomba-de-
Inyeccion-Rotativa
http://es.scribd.com/doc/74053216/bombas-electronic-as-bosch-vp-
30-vp44
http://www.furgovw.org/index.php?topic=224042.0
http://ingmecanicamc.blogspot.com/2013/01/determinacion-de-
propiedades-cetanicas.html
152
5.4. ANEXOS
5.4.1. HOJAS DE SEGURIDAD
Una hoja de datos de seguridad de materiales por sus siglas en ingles
(MSDN: Material Safety Data Set) es documento que tiene información
sobre los compuestos químicos, el uso, el bodegaje, el manejo y los
procedimientos de emergencia relacionados con materiales peligrosos, las
hojas de seguridad tienen mucha información sobre el material de la que
aparecen en las etiquetas dando una información de:
La identificación química
Datos del fabricante
Las propiedades físicas del material y los efectos sobre la salud
(ingredientes peligrosos)
Equipos de protección para utilizar en el caso de incendios y
explosión
Primeros auxilios en caso de reactividad.
Control de la exposición y control personal
Y lo primordial como responder en caso de un accidente
153
154
155
Hoja de seguridad de acido de batería
Fuente: http://www.actiweb.es/tydco/archivo1.pdf
156
Hoja de seguridad del combustible diesel
Fuente: http://www.actiweb.es/tydco/archivo1.pdf
157
158
Hoja de seguridad ante quemaduras eléctricas.
159
5.4.2. PLANOS